WO2014171134A1 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

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WO2014171134A1
WO2014171134A1 PCT/JP2014/002136 JP2014002136W WO2014171134A1 WO 2014171134 A1 WO2014171134 A1 WO 2014171134A1 JP 2014002136 W JP2014002136 W JP 2014002136W WO 2014171134 A1 WO2014171134 A1 WO 2014171134A1
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light
video
display apparatus
optical system
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PCT/JP2014/002136
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高明 安部
井上　益孝
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • F21V33/00—Structural combinations of lighting devices with other articles, not otherwise provided for
    • F21V33/0004—Personal or domestic articles
    • F21V33/0052—Audio or video equipment, e.g. televisions, telephones, cameras or computers; Remote control devices therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G—PHYSICS
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    • H04N9/3111—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3191—Testing thereof
    • H04N9/3194—Testing thereof including sensor feedback

Definitions

  • the present disclosure relates to a projection type video display device having an illumination function and a video display function.
  • the projector modulates the light emitted from the light source according to the video signal by a spatial light modulation element such as a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal display element, and projects the light onto a screen.
  • a spatial light modulation element such as a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal display element
  • Patent Document 1 in consideration of these problems, a projection-type image display device that includes a connector that can be attached to an illumination wiring fixture and includes an illumination device on a surface corresponding to the floor surface of the housing is proposed. Yes.
  • Patent Document 2 a projection type video apparatus having both an illumination function for emitting illumination light such as a spotlight and an image display function for projecting an image has been developed (for example, Patent Document 2).
  • the illumination light is generally preferably uniform light with no spatial unevenness.
  • the present disclosure provides a projection image display device having an illumination function and an image display function, and capable of emitting illumination light with higher quality.
  • a projection display apparatus includes a light source unit, a video generation unit that generates video light according to a video input signal, a light guide optical system that guides light from the light source unit to the video generation unit, and a video generation unit A projection optical system that projects the image light generated by the control unit, and a control unit that controls the image generation unit, the light guide optical system, and the projection optical system.
  • the control unit has an image mode for projecting image light and an illumination mode for emitting light from the light source unit as illumination light. In the video mode, the control unit forms an image of illumination light from the projection optical system on the projection surface, and in the illumination mode, the illumination light from the projection optical system is imaged at a position different from the projection surface. Thus, the projection optical system is controlled.
  • the illumination mode by focusing on a position shifted from the projection plane, it is possible to irradiate uniform light with no spatial unevenness and emit high-quality illumination light. Become.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a projection display apparatus according to the present disclosure. It is a block diagram which shows the structure of a projection type video display apparatus. It is a schematic diagram explaining the optical structure of a projection type video display apparatus. It is a schematic diagram explaining the optical structure of a light source part. It is a graph which shows the spectral characteristic of a dichroic mirror. It is a schematic diagram explaining the usage example 1 of a projection type video display apparatus. It is a schematic diagram explaining the usage example 2 of a projection type video display apparatus. It is a schematic diagram explaining the usage example 3 of a projection type video display apparatus. It is a schematic diagram explaining the usage example 4 of a projection type video display apparatus.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a projection display apparatus.
  • the projection display apparatus 100 includes a first casing 101 that houses a light source unit and the like, a second casing 102 that is connected to a wiring duct 901 provided on a ceiling, a first casing 101, and a second casing. And a support portion 103 that couples the housing 102 to each other.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 includes a light source unit 110 that emits light, a video generation unit 160 that generates video light according to a video input signal, and a light guide optical system that guides light from the light source unit 110 to the video generation unit 160. 140, a projection optical system 180 that projects the generated image light onto a screen (not shown), and a control unit 190 that controls the light source unit 110, the image generation unit 160, and the like.
  • the light source unit 110 of the present disclosure includes a semiconductor laser, and causes the phosphor to emit light using light from the semiconductor laser as excitation light.
  • the light guide optical system 140 includes optical members such as various lenses, mirrors, and rods, and guides light emitted from the light source unit 110 to the image generation unit 160.
  • the video generation unit 160 spatially modulates light according to a video signal using an element such as a digital micromirror device (hereinafter referred to as “DMD”) or a liquid crystal panel.
  • DMD digital micromirror device
  • the projection optical system 180 includes optical members such as lenses and mirrors, and enlarges and projects the spatially modulated light onto a screen (projection surface).
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the optical configuration of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 includes a light source unit 110, a video generation unit 160 that generates video light according to a video input signal, a light guide optical system 140 that guides light from the light source unit 110 to the video generation unit 160, and a generation A projection optical system 180 for projecting the image light to a screen (not shown).
  • FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of the light source unit 110.
  • the light source unit 110 includes a solid light source unit 12, a convex lens 14 that collects parallel light beams from the solid light source unit 12, and a concave surface that converts light from the lens 14 into parallel light again. And a mirror 24 inserted between the convex lens 14 and the concave lens 16.
  • the light source unit 110 includes a dichroic mirror 18 that changes the optical path of parallel light from the lens 16, a phosphor wheel 20, and a lens 22 that condenses the parallel light on the phosphor wheel 20.
  • the dichroic mirror 18 is disposed with an inclination of 55 ° with respect to the optical axis of the parallel light from the lens 16.
  • the light source unit 110 includes a diffuser plate 26 that is disposed downstream of the concave lens 16 and reduces coherence while maintaining a polarization characteristic, and a ⁇ / 4 plate inserted between the dichroic mirror 18 and the lens 22. 28.
  • the solid-state light source unit 12 includes twelve semiconductor lasers 30 and a condensing lens 34 disposed so as to face each of the semiconductor lasers 30.
  • the semiconductor lasers 30 are arranged on a heat radiating plate 32 in a matrix of 3 rows ⁇ 4 columns at regular intervals.
  • the heat sink 36 is for cooling the solid light source unit 12.
  • the semiconductor laser 30 has a wavelength width of 440 nm to 455 nm and emits linearly polarized blue light. Each semiconductor laser 30 is arranged such that the polarization direction of the emitted light is S-polarized with respect to the incident surface of the dichroic mirror 18.
  • the light emitted from the solid light source unit 12 is reduced in diameter by the convex lens 14 and the concave lens 16 and is incident on the diffusion plate 26.
  • the mirror 24 changes the optical path so that the light beam having a reduced diameter is incident on the subsequent dichroic mirror 18 at an incident angle of 55 °.
  • the light emitted from the diffusion plate 26 enters the dichroic mirror 18.
  • FIG. 5 shows the spectral characteristics (incident at 55 °) of the dichroic mirror 18 according to the present disclosure.
  • the transmittance with respect to the wavelength is shown as the spectral characteristic.
  • a curve P is a characteristic for P-polarized light
  • a curve S is a characteristic for S-polarized light.
  • P-polarized light having a wavelength of 440 nm to 445 nm transmits about 94% or more.
  • S-polarized light having a wavelength of 440 nm to 445 nm is reflected with a high reflectance of 98% or more.
  • Green light to red light having a wavelength of 490 nm to 700 nm are transmitted with high transmittance of 95% or more for both P-polarized light and S-polarized light.
  • the wavelength separation width at which the transmittance of P-polarized light and S-polarized light is 50% is about 30 nm. This wavelength separation width is longer than when the incident angle is 45 ° (about 20 nm), and a higher ability to separate P-polarized light and S-polarized light can be obtained, thereby improving the light utilization efficiency. be able to.
  • the light source unit 110 can be downsized, particularly the vertical distance in FIG. be able to.
  • the dichroic mirror 18 of the light source unit 110 is not arranged at a normal 45 °, but is arranged with an angle larger than 45 ° (here, 55 °) with respect to the optical path, thereby reducing the size of the light source unit 110. be able to.
  • the installation angle of the dichroic mirror 18 only needs to be larger than 45 °, and in particular, 50 ° or more is preferable for miniaturization.
  • the angle needs to be smaller than 70 °, and particularly 60 ° or less is efficient.
  • the blue color light reflected by the dichroic mirror 18 is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the ⁇ / 4 plate 28.
  • the circularly polarized blue color light is collected by the lens 22 and irradiated onto the phosphor wheel 20 with a spot diameter of 1 to 2 mm.
  • the phosphor wheel 20 is composed of an aluminum flat plate, and emits red color light, a B region that is a region of a diffuse reflection surface (not shown), a G region coated with a phosphor that emits green color light, and red color light. A plurality of R regions coated with a phosphor are formed.
  • the light irradiated on the phosphor wheel 20 is converted into blue, green, and red color light in each region, and each color light is emitted to the lens 22 side.
  • Each color light is collimated again by the lens 22 and enters the ⁇ / 4 plate 28.
  • the blue color light is converted from circularly polarized light into P polarized light and returns to the dichroic mirror 18. Therefore, the blue color light transmitted again through the ⁇ / 4 plate 28 can pass through the dichroic mirror 18 together with the green and red color lights. Thereby, blue, green, and red color lights are emitted from the light source unit 110 in a time division manner.
  • the light emitted from the light source unit 110 is incident on a pair of fly-eye lenses composed of a plurality of lens elements.
  • the light beam incident on the first lens array plate 42 is divided into a number of light beams. A large number of the divided light beams converge on the second lens array plate 44.
  • the lens elements of the first lens array plate 42 have an opening shape similar to the DMD 62 of the image generation unit 160.
  • the focal length of the lens elements of the second lens array plate 44 is determined so that the first lens array plate 42 and the DMD 62 have a substantially conjugate relationship.
  • the light emitted from the second lens array plate 44 enters the lens 46.
  • the lens 46 is a lens for superimposing the light emitted from each lens element of the second lens array plate 44 on the DMD 62.
  • the light from the lens 46 is reflected by the mirror 48, passes through the lens 64, and enters the total reflection prism 66.
  • the total reflection prism 66 is composed of two prisms 68 and 70, and a thin air layer 72 is formed on the adjacent surfaces of the prisms.
  • the air layer 72 totally reflects light incident at an angle greater than the critical angle.
  • the light that has entered the total reflection prism 66 through the lens 64 passes through the total reflection surface and enters the DMD 62.
  • the DMD 62 deflects the micromirror according to the video signal into light incident on the projection lens 82 and light traveling outside the effective range of the projection lens 82. Since the light reflected by the DMD 62 is incident on the air layer 72 at an angle greater than the critical angle, the light is reflected and incident on the projection lens 82. In this way, the image light formed by the DMD 62 is projected on a screen (not shown).
  • Example of use of a projection display apparatus 3.1 Example of use 1 A usage example of the projection display apparatus 100 will be described with reference to FIGS.
  • the projection display apparatus 100 performs projection of information (text, image) describing an exhibit and spot projection of illumination light on a wall surface 902 of a museum or a museum.
  • a wiring duct 901 is installed on the ceiling 903 of the projection space.
  • a plurality of projection display apparatuses 100 are connected on the wiring duct 901. Each projection display apparatus 100 can be moved on the wiring duct 901 and can also be fixed.
  • the projection display apparatus 100 has a rotation (roll) around a vertical axis and a 180 degree swing around a horizontal axis (here, an axis parallel to the longitudinal direction of the wiring duct 901). Is possible. By adjusting the rotation angle with respect to each rotation axis, projection onto the wall surface 902 or the floor surface 904 is possible. The installation position and projection angle of the projection display apparatus 100 can be adjusted manually by the user.
  • Projection type video display device 100 can be connected to an external storage device (for example, a USB memory), and reads and displays video data stored in the external storage device. By storing desired data in an external storage device and connecting it to the projection display apparatus 100, it is possible to display various images.
  • the projection light quantity, projection shape, and projection distortion correction can be adjusted by an external control signal such as infrared rays from a remote controller.
  • the projection display apparatus 100 may be connected not only to the wiring duct 901 but also to the curtain rail.
  • a dedicated rail may be installed on the ceiling 903 without using the existing rail, and the projection display apparatus 100 may be connected thereto.
  • a rail may be attached to the wall surface, and the projection display apparatus 100 may be disposed on the wall surface to project the description on the floor surface. This is effective when there is no projection surface near the sculpture.
  • a motor is provided at the connection portion with the wiring duct 901, and the motor is driven by an external signal to control the installation position and projection angle. good. Thereby, the trouble of the user who installs can be saved.
  • the wiring duct 901 is used to connect the projection video display device 100 and an external video generation device (for example, PC) with a cable, and the video stored in the projection video display device 100 is stored. Data may be updated.
  • the projection display apparatus 100 may receive and display image data from the image generation apparatus via a cable.
  • the projection display apparatus 100 may include a wireless reception unit, receive image data from the outside wirelessly, and update the stored image data.
  • a human sensor may be installed in the projection space, and an image may be displayed only when a person approaches. As a result, it is possible to generate an environment in which the viewer can concentrate on viewing the exhibit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another example of use of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 projects a menu on the desk surface 201 in a restaurant.
  • the projection display apparatus 100 is installed in a wiring duct 901 installed on the ceiling of the passage space so that light shielding by customers is reduced.
  • a pressure sensor is disposed on the desk surface 201 and can detect the operation of the customer's finger.
  • the projection display apparatus 100 and the pressure sensor of each desk are connected to a system control apparatus, and the projection display apparatus 100 displays an image input from the system control apparatus.
  • the system control apparatus transmits a menu screen to the projection display apparatus 100 of the target desk, and the projection display apparatus 100 projects it on the desk surface.
  • the customer can operate the menu with his / her finger on the desk surface 201 to adjust the display state (rotation / enlargement / reduction, etc.), check the contents, and place an order.
  • the system control device corrects the display image and notifies the kitchen of the order according to the detected operation.
  • the video may be displayed continuously, or it may be switched to the illumination mode in which the illumination light is irradiated without displaying the video, so that the space effect can be enjoyed calmly. Even in the illumination mode, the operation interface is displayed so that the customer can operate the brightness, color, shape, and the like.
  • the menu operation by the customer may be an operation by a gesture using a three-dimensional sensor in which a visible light detection sensor and an infrared sensor are combined, instead of a finger operation by a pressure sensor on the desk surface 201.
  • Video may be displayed in 3D.
  • the system includes two projection video display devices 100, a control device (for example, a PC), and 3D glasses.
  • One of the two projection display apparatuses 100 displays a left-eye image, and the other displays a right-eye image.
  • the control device controls the projection display apparatus 100 so that the video outputs from the two projection display apparatuses 100 are alternately displayed in time.
  • the 3D glasses are configured to cause the left eye of the viewer of the image to visually recognize the left eye and the right eye to visually recognize the right eye image by polarization or shutter driving. The customer can view the 3D display by wearing 3D glasses.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining yet another example of use of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 projects an advertisement on a cylindrical projection surface 301.
  • a plurality of projection display apparatuses 100 are connected to the ceiling wiring duct 901 and project images onto different projection planes 906. Multiple projected images are linked and display a wide range and three-dimensional.
  • the plurality of projection display apparatuses 100 are connected to one system control apparatus (not shown).
  • the plurality of projection display apparatuses 100 have the same image data in the internal storage unit.
  • the system control apparatus transmits display information (video synchronization signal, video cutout position, display correction information) to the projection video display apparatus 100 based on position information and projection plane information of the plurality of projection video display apparatuses 100. .
  • the projection display apparatus 100 performs output timing adjustment, video trimming, trapezoidal correction, and curved projection correction on the video data based on the received display information, and projects the result onto the display surface.
  • This correction can be applied not only to a cylindrical projection surface but also to an arbitrary non-planar projection surface. Therefore, the projection display apparatus 100 may project an image on the surface of any object (for example, the surface of a mannequin).
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an example of use of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 is installed on the wall surface 905 and projects an image on the floor surface 907.
  • the projected image is a blended image projected from a plurality of projection display apparatuses 100, and has a wide projection size and high resolution.
  • the plurality of projection display apparatuses 100 are installed at a height at which the image light is not blocked by a passing person.
  • the projection display apparatus 100 performs (1) trapezoidal distortion correction parameter calculation, (2) brightness / color adjustment between the projection display apparatuses, and (3) attitude adjustment for blending projection.
  • the processes (1) to (3) are performed as follows.
  • a test image for example, a cross-hatch image
  • the user adjusts the distortion correction parameter while viewing the projected test image.
  • An all-white image is projected from the projection display apparatus 100.
  • the luminance and chromaticity of each image light are acquired using a spectral radiance meter.
  • parameters for adjusting the luminance balance of RGB and parameters for adjusting the range of the video signal are acquired.
  • the projection angle is manually adjusted so that the projection image from the adjacent projection display apparatus 100 partially overlaps with the keystone distortion correction applied.
  • the projection display apparatus 100 is connected to one system control apparatus (not shown) that controls all the projection display apparatuses 100.
  • the system control apparatus transmits the image to be projected to the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 projects the transmitted projection image after performing trapezoidal distortion correction and brightness / color correction on the projection image.
  • the image content to be projected may be one huge image obtained by blending images from all the projection display apparatuses 100, or may be an image obtained by blending a plurality of the images.
  • the age and sex of a passerby may be recognized using a camera system, and the content may be changed accordingly.
  • the projection display apparatus 100 has a video mode set when used as an apparatus for projecting an image and an illumination mode set when used as an illumination apparatus.
  • the video mode is a mode for projecting video light indicating a moving image or a still image generated by the video generation unit 160 based on the video signal.
  • the illumination mode is a mode in which light from the light source unit 110 is emitted as illumination light without being modulated by the video generation unit 160.
  • light indicating a spatially uniform or substantially uniform image that is generated by being modulated by the video generation unit 160 and has no temporal change may be emitted as illumination light.
  • the color, brightness, color temperature, etc. of the illumination light can be arbitrarily changed. Necessary functions and operation methods differ between the video mode and the illumination mode. Therefore, at the time of mode switching, it is necessary to change the user interface and adjustment items in the projection display apparatus 100 so that the adjustment can be smoothly performed in each mode.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining processing of the control unit 190 of the projection display apparatus 100.
  • the control unit 190 of the projection display apparatus 100 includes a main microcomputer 91, an image processing unit 92, a mechanism control unit 93, and a light source control unit 94.
  • the main microcomputer 91 controls the video processing unit 92, the mechanism control unit 93, and the light source control unit 94.
  • the main microcomputer 91 receives an operation on the user interface by the user or a control signal from an external switch, and adjusts the RGB brightness balance, focus setting, and the like of the video.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a user interface (U / I) in the video mode and the illumination mode in the projection display apparatus 100.
  • FIG. 11A shows an example of a user interface displayed in the illumination mode in the projection display apparatus 100
  • FIG. 11B shows an example of a user interface displayed in the image mode.
  • a simpler and more intuitive adjustment guide is displayed compared to the video mode.
  • the “brightness”, “color temperature”, “projection position”, and “projection” necessary for the illumination device can be operated without the expertise of the projection display apparatus 100. Only the basic items of “Adjustment” and “Projection shape” are displayed graphically in the center of the screen.
  • projection position refers to adjustment of the digital shift amount after the attitude of the projection display apparatus 100 is determined.
  • projection adjustment refers to manual adjustment related to horizontal and vertical keystone correction.
  • projection shape represents selection of the shape of illumination light. In the item “projection shape”, the user selects a square, rectangle, circle, or other complicated projection shape using masking.
  • the image mode the image quality adjustment items similar to those of a normal projection display device are displayed.
  • a simple user interface is provided in the illumination mode than in the video mode. That is, the number of setting items in the illumination mode is smaller than the number of setting items in the video mode. Also, the number of user interface layers displayed in the illumination mode is smaller than the number of layers in the video mode.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the switching of settings between modes.
  • Settings relating to video signal adjustment such as brightness and RGB luminance balance are stored immediately before mode switching in each mode. And at the time of mode switching, it returns to the setting which was set just before mode switching about the mode after switching.
  • projection-related adjustments such as projection angle and position are shared among modes even when the mode is switched.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a method of adjusting RGB luminance balance (color balance) at the time of mode switching.
  • the RGB luminance balance represents, for example, a luminance ratio of RGB when expressing an all-white image, generally called color temperature.
  • the output of each color of RGB is determined by the light output value from the light source and the light modulation amount by the display element.
  • control by the amount of light modulation is not preferable (see FIG. 13A).
  • other solid color light sources of other colors can be individually controlled, it is better to control the light source output (see FIG. 13B).
  • the light modulation amount is controlled, and the control signal value to the display element is suppressed to 80%.
  • the amount of G light output from the projection display apparatus can be set to 400 lm. Since finely changing the output of the light source leads to an increase in cost and a decrease in reliability, it is preferable to control the amount of light modulation if the system does not require fine gradation expression.
  • the input current value to the light source is suppressed, and the light source output is suppressed from 500 lm to 400 lm. If the light modulation amount remains unchanged at 100%, the output light amount of G light from the projection display apparatus can be set to 400 lm.
  • a control method selection it may be automatically determined whether to select a light source or a gain so that a decrease in luminance is minimized when the color temperature changes.
  • FIG. 14 shows a flow of the luminance balance adjustment method that combines the control of the light source output and the control of the light modulation amount so that the decrease in luminance is minimized in a system that can individually control the light sources of a plurality of colors.
  • FIG. 1 the change rate (light quantity magnification) of each RGB color is calculated from the set target brightness balance and the current brightness balance according to equation (1).
  • L_gain () is the light quantity magnification
  • R_target () is the set target luminance balance
  • R_now () is the current luminance balance
  • the limit light amount magnification of each color of RGB is calculated.
  • the limit light quantity magnification is calculated by the equation (2) from the current input current value and the limit input current value of each RGB color.
  • G_limit () is the limit light quantity magnification
  • L_limit () is the limit input current value
  • L_Now () is the current input current value
  • the smallest value among the RGB light quantity magnifications calculated in step S1 is 1.0 or more and the limit light quantity magnification of a color having a light quantity magnification of 1.0 or more. Is the reference magnification.
  • the reference magnification determined in step S3 is multiplied by the current input current value of each RGB color, and the applied current value of each color is determined by equation (3).
  • In () is an applied current value
  • Gain is a reference magnification
  • the gain of the signal value is calculated by the equation (4) so as to approach the above-mentioned light quantity magnification in each RGB color.
  • S_Gain () is a signal value gain that is multiplied by the signal value of the subsequent stage.
  • the signal value gain calculated in step S5 is multiplied by the original signal to obtain an output signal value. At this time, if the signal limit is exceeded, clipping is performed at the limit value.
  • a desired luminance balance can be realized.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating lens adjustment in each mode.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating lens adjustment in the illumination mode
  • FIG. 15B is a diagram illustrating lens adjustment in the video mode.
  • the projection optical system 180 includes a projection lens 82 and a lens adjustment mechanism 84 that moves the projection lens 82 in the optical axis direction.
  • the lens adjustment mechanism 84 moves the position of the projection lens 82 so as to form an image on the projection surface 185, and displays a clear image.
  • the lens adjustment mechanism 84 moves the position of the projection lens 82 so as to form an image at a position shifted from the projection plane 185.
  • the in-focus position when viewed from the projection lens 82 is set behind the projection plane 185.
  • the projection display apparatus 100 may store in advance information on a distance called an appropriate viewing distance in a general projection apparatus in a memory as information on the assumed position of the projection plane 185 for adjusting the lens position. good. Or you may memorize
  • the projection display apparatus 100 may incorporate an imaging device and detect the in-focus position of the lens of the projection optical system 180 by contrast AF using the imaging device.
  • the projection display apparatus 100 may perform lens position adjustment as shown in FIGS. 15A and 15B based on the detected focus position.
  • a distance measuring sensor is provided in the projection display apparatus 100, the distance to the projection surface is measured by the distance measuring sensor, and the focusing position of the lens of the projection optical system 180 is determined based on the measured distance, as shown in FIG.
  • Lens position adjustment as shown in a) and (b) may be performed.
  • FIG. 16 shows the coefficients of the smoothing filter for the video signal.
  • This filter is a filter applied to a video signal when there is no lens position adjusting mechanism (lens driving unit) in the projection optical system 180. By using such a filter, the same effect as the adjustment of the lens position by the lens driving unit is obtained.
  • FIG. 16A shows a filter in the video mode
  • FIG. 16B shows a filter in the illumination mode.
  • the filter in the illumination mode is a general smoothing filter and eliminates the high frequency component of the display image. As a result, the display becomes smooth like illumination light.
  • a clear display is achieved with the frequency component retained without applying a filter.
  • the projection display apparatus 100 includes the light source unit 110, the image generation unit 160 that generates image light according to the image input signal, and the light guide that guides the light from the light source unit 110 to the image generation unit 160.
  • the optical system 140 includes a projection optical system 180 that projects the video light generated by the video generation unit 160, and a control unit 190 that controls the video generation unit 160, the light guide optical system 140, and the projection optical system 180.
  • the control unit 190 has an image mode for projecting image light and an illumination mode for emitting light from the light source unit 110 as illumination light. In the video mode, the control unit 190 forms an image of the illumination light from the projection optical system 180 on the projection surface.
  • the control unit 190 condenses the illumination light from the projection optical system 180 at a position different from the projection surface.
  • the projection optical system 180 is controlled so as to be imaged. As a result, illumination with soft light with less unevenness similar to normal illumination light is realized.
  • the optimum setting is automatically switched in each mode, so that the number of operation items can be reduced and the operability can be improved.
  • the above-described projection display apparatus 100 can project in various postures like a general lighting device.
  • As the projection posture it is possible to adjust three items: a shift along the wiring duct, and a roll and swing on a vertical axis passing through the connection portion between the projection display apparatus 100 and the wiring duct.
  • the displacement due to the roll affects the horizontal projection distortion.
  • the displacement due to the swing affects the vertical projection distortion, and the projection top and bottom are reversed with the vertical direction as a boundary.
  • the projection distortion correction for correcting these is necessary.
  • the projection display apparatus 100 includes an angle adjustment guide.
  • the angle adjustment guide will be described below with reference to the drawings.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the angle adjustment guide in the swing direction of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 includes an angle adjustment guide 501 in the vicinity of the holding portion of the first casing 101.
  • the angle adjustment guide 501 includes a pointer 502 indicating the center line of the first housing 101, a pointer 503 indicating the emission angle of the image light, and an angle display surface 504.
  • a pointer 502 indicating the center line of the first casing 101 and a pointer 503 indicating the emission angle of the image light are each fixed to the first casing 101 and move together with the first casing 101. That is, when the first casing 101 is rotated in the vertical direction with respect to the support portion 103, the hands 502 and 503 rotate together with the first casing 101.
  • the angle display surface 504 is fixed to the support portion 103. On the angle display surface 504, scales from ⁇ 90 degrees to 90 degrees are displayed with the vertical direction set to 0 degrees. From 0 degrees to 90 degrees is an angle at which the top and bottom of the image is not reversed, and from -90 degrees to 0 degrees, the top and bottom of the image is reversed.
  • the user obtains the current posture in the swing direction from the angle formed by the pointer 502 indicating the center line of the housing 101 and the pointer 503 indicating the image light emission angle with respect to the vertical direction. By storing this posture in a memory or the like, the posture can be easily reproduced. Further, when the lens in the projection optical system 180 is changed and the optical path of the image light is changed, the pointers 502 and 503 are moved for correction.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining changes in the projected image depending on the swing angle of the projection display apparatus 100.
  • the projection display apparatus 100 Since the projection display apparatus 100 swings around the horizontal direction, the image display is inverted up and down around the axis. In order to correct this inversion and display an image without any failure at any swing angle, the upside-down inversion correction is applied.
  • the projection display apparatus 100 receives a swing angle (image light emission angle) input from the user and reverses whether or not reverse projection is necessary. When reverse projection is necessary, the line address from the frame memory holding the video data is inverted and read out and transmitted to the DMD 62.
  • the projection display apparatus 100 corrects the projection distortion generated according to the roll angle and the swing angle, and projects an image at the same position and size for each absolute value of the swing angle.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a processing flow of projection distortion correction.
  • the emission angle and roll angle of the image light acquired from the angle adjustment guide 501 are set.
  • the automatic distortion correction step (S32) distortion correction is applied on the assumption that the projection plane is parallel to the wiring duct and upright with respect to the floor surface.
  • the manual distortion correction step (S33) when the installation state of the projection surface is different from S32, manual distortion correction by the user is performed.
  • the distance to the projection surface is set, and the image cut position after distortion correction is calculated.
  • the size of normal projection is smaller than that of upside down projection under conditions where the absolute value of the swing angle is equal. Therefore, the cutting position in the upside down projection is calculated so that the same projection position and size can be obtained with reference to the size that can be cut most greatly in normal projection.
  • the brightness ratio after projection is calculated from the ratio of projection sizes, and the input current value to the light source is controlled. Specifically, since the upside down projection has a larger projection size than the normal projection, the illuminance per unit area decreases accordingly. Therefore, during normal projection, the current value to the light source is lowered by the ratio of the projection size.
  • FIG. 20 shows a correction method for distortion correction.
  • the image light plane S is represented by a plane in which the direction in which the image light of the projection display apparatus 100 travels is the + Z direction.
  • the projection plane plane P expresses the projection plane in a coordinate system common to the image light plane S.
  • the pixel position after distortion correction is calculated by equation (5).
  • step S32 three coefficients on the projection plane plane are fixed.
  • step S33 the three coefficients on the projection surface plane are changed.
  • the angle is manually acquired by the user in step S31, but may be automatically acquired using an angle sensor.
  • the user may have four corners of a desired projection screen, and may be adjusted accordingly.
  • the designated position on the appearance and the position on the internal video data are opposite to each other. Therefore, in the correction process, it is necessary to reverse the four y-coordinates (vertical).
  • the projection distortion may be automatically corrected according to the swing angle and roll angle. Thereby, the burden of projection adjustment by the user can be reduced.
  • the operation mode two cases of the illumination mode and the video mode are exemplified as the operation mode.
  • the number of operation modes is not limited to two, and a finer mode may be set in each mode.
  • the correction method for the projection position, size, and brightness is exemplified as the correction item based on the projection posture, but the correction item is not limited to these. Further, gamma correction and color correction may be included. Further, when a plurality of projection display devices are used in combination, a process for correcting individual differences between devices may be included.
  • This disclosure can be applied to a projection display apparatus such as a projector.

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Abstract

　投写型映像表示装置は、光源部と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部と、光源部からの光を映像生成部へ導く導光光学系と、映像生成部により生成された映像光を投写する投写光学系と、映像生成部、導光光学系及び投写光学系を制御する制御部とを備える。制御部は、映像光を投写する映像モードと、光源部からの光を照明光として出射する照明モードとを有している。制御部は、映像モードのときは、投写光学系からの照明光が投写面（１８５）上に結像され、照明モードのときは、投写光学系からの照明光が投写面（１８５）と異なる位置に結像されるように、投写光学系（８２）を制御する。

Description

投写型映像表示装置
　本開示は、照明機能と映像表示機能とを備えた投写型映像表示装置に関する。
　今日、様々な映像などをスクリーンに拡大投写する投写型映像表示装置としてプロジェクタが広く普及している。プロジェクタは、映像信号に応じて、光源から出射された光を、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、または、液晶表示素子といった空間光変調素子によって変調させ、スクリーン上に投写する。
　天井に設置され、床面や壁面に映像を投写するプロジェクタも種々開発されている。天井に設置されて使用されるプロジェクタにおいては、専用の保持具や配線工事の必要性、収納方法、装置の小型化、作業の容易性、使い勝手、美感等、種々の検討すべき問題がある。
　例えば、特許文献１では、これらの問題を考慮して、照明配線器具に取り付け可能なコネクタを備え、筐体の床面に対応する面に照明装置を備えた投写型映像表示装置が提案されている。
　また、スポットライトなどの照明光を出射する照明機能と、映像を投写する映像表示機能との双方を備えた投写型映像装置も開発されている（例えば、特許文献２）。
特開２００８-１８５７５７号公報 特開２００７-０９４４１７号公報
　照明光は、動画や静止画を表示する映像光とは異なり、一般的には空間的にムラのない均一な光であることが好ましい。
　本開示は、照明機能と映像表示機能とを備えた投写型映像表示装置であって、より品質のよい照明光を出射可能な投写型映像表示装置を提供する。
　本開示の投写型映像表示装置は、光源部と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部と、光源部からの光を映像生成部へ導く導光光学系と、映像生成部により生成された映像光を投写する投写光学系と、映像生成部、導光光学系及び投写光学系を制御する制御部とを備える。制御部は、映像光を投写する映像モードと、光源部からの光を照明光として出射する照明モードとを有している。制御部は、映像モードのときは、投写光学系からの照明光が投写面上に結像され、照明モードのときは、投写光学系からの照明光が投写面と異なる位置に結像されるように、投写光学系を制御する。
　本開示によれば、照明モードにおいては投写面からずれた位置にフォーカスすることで、空間的にムラのない均一な光を照射することができ、品質のよい照明光を出射することが可能となる。
本開示に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。 投写型映像表示装置の構成を示すブロック図である。 投写型映像表示装置の光学的な構成を説明する模式図である。 光源部の光学的な構成を説明する模式図である。 ダイクロイックミラーの分光特性を示すグラフである。 投写型映像表示装置の使用例１を説明する模式図である。 投写型映像表示装置の使用例２を説明する模式図である。 投写型映像表示装置の使用例３を説明する模式図である。 投写型映像表示装置の使用例４を説明する模式図である。 投写型映像表示装置の制御部の構成を説明する図である。 照明モード及び映像モードのユーザインターフェースを例示する模式図である。 表示モード切替時の設定項目の切替えを説明するための図である。 投写型映像表示装置におけるＲＧＢ輝度バランス調整方法を説明する説明図である。 投写型映像表示装置における輝度バランス調整方法を説明するフローチャートである。 投写型映像表示装置における各表示モードのレンズ調整について説明した図である。 各表示モードの平滑化フィルタの係数を例示した図である。 投写型映像表示装置の角度調整用ガイドを説明した図である。 投写型映像表示装置のスイング角度による投写映像の変化を説明するための図である。 投写型映像表示装置における投写歪を補正する処理を説明するフローチャートである。 歪補正の補正方法を説明するための図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
〔第１実施形態〕
１．投写型映像表示装置の概要
　投写型映像表示装置について、以下に図を用いて説明する。図１は、投写型映像表示装置の外観斜視図である。投写型映像表示装置１００は、光源部等を収納する第１の筐体１０１と、天井に設けられた配線ダクト９０１に接続する第２の筐体１０２と、第１の筐体１０１と第２の筐体１０２を連結する支持部１０３とを含む。
　図２は、投写型映像表示装置１００の内部構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置１００は、光を出射する光源部１１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部１６０と、光源部１１０から映像生成部１６０へ光を導く導光光学系１４０と、生成された映像光をスクリーン（不図示）へ投写する投写光学系１８０と、光源部１１０や映像生成部１６０などの制御を行う制御部１９０とを備える。
　本開示の光源部１１０は、半導体レーザを有しており、半導体レーザからの光を励起光として、蛍光体を発光させる。導光光学系１４０は、各種レンズ、ミラーあるいはロッドなどの光学部材を含み、光源部１１０から出射した光を映像生成部１６０へ導く。映像生成部１６０は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下「ＤＭＤ」と称す）や液晶パネルなどの素子を用いて、映像信号に応じて光を空間変調する。投写光学系１８０は、レンズやミラーなどの光学部材を含み、空間変調された光を拡大してスクリーン（投写面）へ投写する。
２．投写型映像表示装置の光学的な構成
　図３は、投写型映像表示装置１００の光学的な構成を説明する模式図である。
　投写型映像表示装置１００は、光源部１１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部１６０と、光源部１１０から映像生成部１６０へ光を導く導光光学系１４０と、生成された映像光をスクリーン（不図示）へ投写する投写光学系１８０とを有する。
　図４は、光源部１１０の詳細な構成を示した図である。光源部１１０は、図４に示すように、固体光源ユニット１２と、固体光源ユニット１２からの平行な光束を集光する凸面のレンズ１４と、レンズ１４からの光を再び平行光に変換する凹面のレンズ１６と、凸面のレンズ１４と凹面のレンズ１６との間に挿入されたミラー２４とを備える。さらに、光源部１１０は、レンズ１６からの並行光の光路を変更するダイクロイックミラー１８と、蛍光体ホイール２０と、平行光を蛍光体ホイール２０に集光するレンズ２２とを有する。ダイクロイックミラー１８は、レンズ１６からの平行光の光軸に対して５５°の傾斜を持って配置されている。このように配置される理由についは後述する。さらに、光源部１１０は、凹面のレンズ１６の後段に配置された偏光特性を維持しつつ干渉性を低減させる拡散板２６と、ダイクロイックミラー１８とレンズ２２との間に挿入されたλ／４板２８とを有する。
　固体光源ユニット１２は、１２個の半導体レーザ３０と、各半導体レーザ３０に対向するように配置された集光レンズ３４とを含む。半導体レーザ３０は、放熱板３２上に一定の間隔で３行×４列のマトリクス状に配置される。ヒートシンク３６は、固体光源ユニット１２を冷却するためのものである。半導体レーザ３０は、４４０ｎｍ～４５５ｎｍの波長幅を有しかつ直線偏光の青色光を出射する。各半導体レーザ３０は、出射する光の偏光方向が、ダイクロイックミラー１８の入射面に対して、Ｓ偏光となるように配置される。
　固体光源ユニット１２から出射した光は、凸面のレンズ１４と凹面のレンズ１６とによって小径化され、拡散板２６に入射する。ミラー２４は、小径化された光束が、後段のダイクロイックミラー１８に５５°の入射角で入射するように、光路を変更する。拡散板２６を出射した光は、ダイクロイックミラー１８に入射する。
　図５に、本開示に係るダイクロイックミラー１８の分光特性（５５°度入射）を示す。図５では、分光特性として、波長に対する透過率を示している。曲線ＰはＰ偏光の光に対する特性であり、曲線ＳはＳ偏光の光に対する特性である。ダイクロイックミラー１８の分光特性によれば、波長４４０ｎｍ～４４５ｎｍのＰ偏光の光は約９４％以上透過する。同様に、波長４４０ｎｍ～４４５ｎｍのＳ偏光の光を９８％以上の高い反射率で反射させる。波長４９０ｎｍ～７００ｎｍの緑色光～赤色光は、Ｐ偏光、Ｓ偏光ともに９５％以上の高い透過率で透過する。Ｐ偏光とＳ偏光の透過率が５０％となる波長分離幅は約３０ｎｍある。この波長分離幅は、入射角が４５°である場合（約２０ｎｍ）に比べ長くなっており、より高い、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光の分離能力が得られ、光利用効率を向上させることができる。本実施形態では、ダイクロイックミラー１８を入射角が５５°となるように配置することで、光利用効率を向上させつつ、光源部１１０の小型化、特に、図４における上下方向の距離を小さくすることができる。すなわち、光源部１１０のダイクロイックミラー１８を、通常の４５°配置ではなく、光路に対して４５°より大きな角度（ここでは５５°）を持って配置することにより、光源部１１０の小型化を図ることができる。ダイクロイックミラー１８の設置角度は、４５°より大きければ良く、特に小型化には５０°以上が良い。一方、Ｐ偏光とＳ偏光とを分離するためには７０°より小さい角度である必要があり、特に６０°以下が、効率が良い。
　ダイクロイックミラー１８によって反射された青の色光は、λ／４板２８によって、直線偏光から円偏光に変換される。円偏光の青の色光は、レンズ２２によって集光され、１～２ｍｍのスポット径で蛍光体ホイール２０に照射される。
　蛍光体ホイール２０は、アルミ平板で構成され、拡散反射面（図示せず）の領域であるＢ領域と、緑の色光を発光する蛍光体が塗布されたＧ領域と、赤の色光を発光する蛍光体が塗布されたＲ領域とが複数形成されている。
　蛍光体ホイール２０に照射された光は各領域で青、緑および赤の色光に変換され、各色光はレンズ２２側へ出射する。各色光はレンズ２２によって、再び、平行光化されてλ／４板２８に入射する。λ／４板２８を再び透過することによって、青の色光は、円偏光からＰ偏光に変換されて、ダイクロイックミラー１８に戻る。このため、λ／４板２８を再び透過した青の色光は、緑および赤の色光とともにダイクロイックミラー１８を透過することができる。これにより、光源部１１０からは、青、緑および赤の色光が時分割で出射することになる。
　図３に戻り、光源部１１０を出射した光は、複数のレンズ素子から構成される一対のフライアイレンズに入射する。第１のレンズアレイ板４２に入射した光束は、多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、第２のレンズアレイ板４４に収束する。第１のレンズアレイ板４２のレンズ素子は、映像生成部１６０のＤＭＤ６２と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板４４のレンズ素子は、第１のレンズアレイ板４２とＤＭＤ６２とが略共役関係となるように、その焦点距離が定められている。第２のレンズアレイ板４４から出射した光は、レンズ４６に入射する。レンズ４６は、第２のレンズアレイ板４４の各レンズ素子から出射した光を、ＤＭＤ６２上に重畳するためのレンズである。レンズ４６からの光は、ミラー４８によって反射された後、レンズ６４を透過して、全反射プリズム６６に入射する。
　全反射プリズム６６は２つのプリズム６８、７０から構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層７２を形成している。空気層７２は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。レンズ６４を介して全反射プリズム６６に入射した光は、全反射面を透過してＤＭＤ６２に入射する。ＤＭＤ６２は、映像信号に応じて、投写レンズ８２に入射する光と、投写レンズ８２の有効範囲外へ進む光とにマイクロミラーを偏向させる。ＤＭＤ６２によって反射された光は、空気層７２に臨界角以上の角度で入射するため、反射して、投写レンズ８２に入射する。このようにして、ＤＭＤ６２によって形成された映像光が、スクリーン（不図示）上に投写される。
３．投写型映像表示装置の使用例
３．１　使用例１
　図６～図９を参照して、投写型映像表示装置１００の使用例について説明する。
　図６の例では、投写型映像表示装置１００は、美術館や博物館などの壁面９０２に、展示物を説明する情報（テキスト、画像）の投写、および、照明光のスポット投写を行っている。投写空間の天井９０３には配線ダクト９０１が設置されている。配線ダクト９０１上には、複数台の投写型映像表示装置１００が接続される。各投写型映像表示装置１００は、配線ダクト９０１上を移動させることができ、また固定させることもできる。
　投写型映像表示装置１００は、鉛直方向の軸を中心とする回転（ロール）と、水平方向の軸（ここでは配線ダクト９０１の長手方向に平行な軸）を中心とした１８０度のスイングとが可能である。それぞれの回転軸に対する回転角を調整することで、壁面９０２または床面９０４への投写が可能である。投写型映像表示装置１００の設置位置や投写角度の調整はユーザが手動で行える。
　投写型映像表示装置１００は、外部記憶装置（例えばＵＳＢメモリ）が接続可能であり、外部記憶装置に蓄えられた映像データを読み込んで表示する。外部記憶装置に所望のデータを記憶させ投写型映像表示装置１００に接続することで、種々の映像の表示を実現できる。投写光量や投写形状、投写歪補正は、リモコンからの赤外線などの外部制御信号により調整することができる。
　投写型映像表示装置１００は、配線ダクト９０１だけでなく、カーテンレールに接続されても良い。または、既存のレールを使用せずに専用のレールを天井９０３に設置し、それに投写型映像表示装置１００を接続しても良い。レールを壁面に取り付け、投写型映像表示装置１００を壁面上に配置して、床面に説明を投写するようにしても良い。これは、彫刻など付近に投影面が無い場合に有効である。
　投写型映像表示装置１００の投写方向や姿勢を制御するために、配線ダクト９０１との接続部にモータを備え、外部からの信号でモータを駆動して、設置位置や投写角度を制御しても良い。これにより、設置を行うユーザの手間を省くことができる。
　表示する映像の更新については、配線ダクト９０１を利用して、投写型映像表示装置１００と外部の映像発生装置（例えばＰＣ）をケーブルで接続し、投写型映像表示装置１００に蓄積されている映像データを更新するようにしても良い。または、投写型映像表示装置１００は、ケーブルを介して映像発生装置から映像データを受信し、表示するようにしても良い。また、投写型映像表示装置１００は、無線受信部を備え、無線により外部から映像データを受信し、蓄積されている映像データの更新を行っても良い。投写空間内に人感センサを設置し、人が近づいた場合のみ映像を表示させるようにしてもよい。これにより、鑑賞者展示物の鑑賞に集中できる環境を生成することが可能である。
３．２　使用例２
　図７は、投写型映像表示装置１００の別の使用例を説明した図である。
　図７の例では、投写型映像表示装置１００は、レストランにおいて、机上面２０１にメニューを投写している。投写型映像表示装置１００は、客による遮光が少なくなるよう、通路スペースの天井に設置された配線ダクト９０１に設置されている。机上面２０１には圧力センサが配置されており、客の指の操作を検知できる。各机の投写型映像表示装置１００および圧力センサは、システム制御装置と接続しており、投写型映像表示装置１００は、システム制御装置から入力される映像を表示する。客の表示開始のアクションを検知すると、システム制御装置は対象の机の投写型映像表示装置１００にメニュー画面を送信し、投写型映像表示装置１００は、それを机上面に投写する。客は、机上面２０１において指でメニューを操作し、表示状態の調整（回転・拡大縮小など）や内容の確認、注文を行うことができる。
　システム制御装置は、検知した操作に応じて、表示映像の補正や厨房への注文通知を行う。料理が届いた後は、引き続き映像表示しても良いし、映像を表示させず照明光を照射する照明モードに切り替え、落ち着いて食事ができる空間演出にしても良い。この照明モードの際にも、客が明るさや色、形状などを操作できるよう、操作インターフェースは表示される。
　メニュー操作時は、操作中の指や腕による遮光で可読性が低下することが考えられるため、１つの机に対し２個の投写型映像表示装置１００を配置しても良い。また、客によるメニュー操作は、机上面２０１の圧力センサによる指操作ではなく、可視光検知センサと赤外線センサを組み合わせた３次元センサを用いたゼスチャーによる操作でも良い。
　映像を３Ｄで表示してもよい。これにより、より臨場感やアミューズメント感を高めることができる。この場合、システムは、２つの投写型映像表示装置１００と、制御装置（例えばＰＣ）と、３Ｄメガネとで構成される。２個の投写型映像表示装置１００に一方は左目用映像を、他方は右目用映像を表示する。制御装置は、２つの投写型映像表示装置１００からの映像出力が時間的に交互に表示されるように投写型映像表示装置１００を制御する。３Ｄメガネは、偏光またはシャッター駆動により、映像の視認者の左目に対しては左目用映像を視認させ、右目に対しては右目用映像を視認させるように構成されている。客は３Ｄメガネを着用することで３Ｄ表示を視聴できる。
３．３　使用例３
　図８は、投写型映像表示装置１００のさらに別の使用例を説明した図である。
　投写型映像表示装置１００は、円柱状の投写面３０１に広告を投写している。投写空間内において、複数の投写型映像表示装置１００が天井の配線ダクト９０１に接続されており、各々異なる投写面９０６に映像を投写する。複数の投写映像は連動しており、広範囲かつ立体的な表示を行う。
　複数の投写型映像表示装置１００は、一つのシステム制御装置（図示せず）と接続している。複数の投写型映像表示装置１００は、内部の記憶部に同じ映像データを持つ。システム制御装置は、複数の投写型映像表示装置１００の位置情報および投写面情報を元に、表示情報（映像同期信号、映像の切り出し位置、表示補正情報）を投写型映像表示装置１００に送信する。
　投写型映像表示装置１００は、受信した表示情報を基に、映像データに対して、出力タイミング調整、映像トリミング、台形補正、曲面投写補正を行い、表示面に投写する。この補正は、円柱型の投写面に限らず、任意の非平面の投写面に対しても適用可能である。そのため、投写型映像表示装置１００は、映像をあらゆる物体の表面（例えば、マネキンの表面など）に投写しても良い。
３．４　使用例４
　図９は、投写型映像表示装置１００の使用例について説明する模式図である。
　図９の例では、投写型映像表示装置１００は壁面９０５に設置され、床面９０７に対し映像を投写している。投写映像は、複数の投写型映像表示装置１００から投写される映像をブレンディングしたものであり、広い投写サイズで高解像度になっている。
　複数の投写型映像表示装置１００は、通行する人によって映像光が遮断されない高さに設置される。投写型映像表示装置１００は、設置時に、（１）台形歪補正用パラメータ算出、（２）投写型映像表示装置間の明るさ・色調整、（３）ブレンディング投写用の姿勢調整、を行う。（１）～（３）の処理は具体的には下記のように実施される。
（１）各投写型映像表示装置１００から、台形歪を検出するテスト映像（例えばクロスハッチ映像）を投写する。ユーザ（調整者）は、投写されたテスト映像を見ながら、歪補正パラメータを調整する。
（２）投写型映像表示装置１００から、全白映像を投写する。次に、分光放射輝度計を用いて各々の映像光の輝度および色度を取得する。取得されたこれらの値から投写型映像表示装置１００間の差を解消するため、ＲＧＢの輝度バランスを調整するパラメータおよび映像信号のレンジを調整するパラメータを取得する。
（３）台形歪補正を適用した状態で隣接する投写型映像表示装置１００からの投写映像と一部が重なるよう、投写角度を手動で調整する。
　投写型映像表示装置１００は、すべての投写型映像表示装置１００を制御する一つのシステム制御装置（図示せず）に接続されている。システム制御装置は、投写する映像を投写型映像表示装置１００に送信する。投写型映像表示装置１００は、送信された投写映像を投写映像に対し、台形歪補正、明るさ・色補正を施して投写する。
　投写する映像内容は、全ての投写型映像表示装置１００からの映像をブレンドした一つの巨大な映像でも良いし、その内の複数台をブレンドした映像でも良い。また、カメラシステムを用いて通行人の年齢や性別などを認識し、それによって内容を変えても良い。また、通行人の動きを追尾するような映像表示をしても良い。また、映像だけでなく照明として壁面または床面に照明光を照射しても良い。
４．投写型映像表示装置の制御
　第１実施形態の投写型映像表示装置１００は、映像を投写する装置として用いる場合に設定される映像モードと、照明装置として用いる場合に設定される照明モードとを有する。映像モードは、映像信号に基づいて映像生成部１６０で生成された動画や静止画を示す映像光を投写するモードである。照明モードは、光源部１１０からの光を映像生成部１６０により変調せずに照明光として出射するモードである。なお、照明モードにおいて、映像生成部１６０により変調されて生成された空間的に均一または略均一でかつ時間的にも変化がない画像を示す光を照明光として出射してもよい。この場合、照明光の色、明るさ、色温度等を任意に変化させることができる。映像モードと照明モードとは、必要とする機能や操作方法が異なる。そのため、モード切替時には、各モードでスムーズに調整できるよう、投写型映像表示装置１００におけるユーザインターフェースや調整項目を変更する必要がある。
４．１　投写型映像表示装置の制御部の構成
　図１０は、投写型映像表示装置１００の制御部１９０の処理について説明するための図である。投写型映像表示装置１００の制御部１９０は、メインマイコン９１と、映像処理部９２と、機構制御部９３と、光源制御部９４とを有する。メインマイコン９１は、映像処理部９２と、機構制御部９３と、光源制御部９４とを制御する。メインマイコン９１は、ユーザによるユーザインターフェース上での操作または外部スイッチからの制御信号を受け、映像のＲＧＢ輝度バランス、フォーカス設定などの調整を行う。
４．２　ユーザインターフェース
　図１１は、投写型映像表示装置１００における映像モードおよび照明モードのユーザインターフェース（Ｕ／Ｉ）について例示した図である。図１１（ａ）は、投写型映像表示装置１００における照明モード時に表示されるユーザインターフェースの例を示し、図１１（ｂ）は、映像モード時に表示されるユーザインターフェースの例を示す。図１１（ａ）に示すように、照明モード時では、映像モードと比較して、より簡易でより直感的な調整ガイドを表示する。具体的には、照明モード時のユーザインターフェースにおいては、投写型映像表示装置１００の専門知識が無くても操作できるよう、照明装置として必要な「明るさ」「色温度」「投写位置」「投写調整」「投写形状」の基本的な項目のみをグラフィカルに画面中央に表示している。
　ここで、「投写位置」とは、投写型映像表示装置１００の姿勢が決定された後の、デジタルシフト量の調整を指す。「投写調整」とは、水平垂直の台形補正に関する手動による調整を指す。「投写形状」とは、照明光の形状の選択を表している。ユーザは「投写形状」の項目において、正方形、長方形、円形、その他マスキングを利用した複雑な投写形状、の中から選択する。
　一方、映像モード時は、通常の投写型映像表示装置と同様の画質調整項目を表示する。このように照明モード時は映像モード時よりも簡易なユーザインターフェースを提供する。すなわち、照明モード時の設定項目の数は、映像モード時の設定項目の数よりも少ない。また、照明モード時において表示されるユーザインターフェースの階層の数も、映像モード時の階層の数よりも少ない。
　各項目の設定は、専用の操作リモコンで操作する。ただし、投写画面上で操作を行う場合には、投写画面が歪んでいる場合には、判読が困難となる。よって、外部の制御装置（例えば、ＰＣ）やモバイル機器（例えば、スマートフォン）と連動させても良い。具体的には、スマートフォンのアプリケーションとして、同様のユーザインターフェースをスマートフォン上で操作し、投写型映像表示装置１００の本体に送信する。その際、本体は無線信号受信装置を備えている。一方で、投写型映像表示装置１００の本体が操作パネルを備える場合には、そこで設定した項目も、機能に反映させる。例えば、投写型映像表示装置１００の本体に外部スイッチやボリュームを設置し、明るさを設定した場合、それらの設定を反映させる。
　図１２は、モード間での設定の切替えを説明するための図である。明るさ、ＲＧＢ輝度バランスなどの映像信号の調整に関する設定は、各モードにおいてモード切替直前に保存しておく。そして、モード切替時において、切替後のモードについてモード切替直前に設定されていた設定に戻す。一方で、投写角度・位置など投写関連の調整は、モードが切り替わっても、モード間でその設定を共有する。
　図１３は、モードの切替時のＲＧＢ輝度バランス（色バランス）の調整方法を説明した図である。ＲＧＢ輝度バランスとは、例えば、一般的に色温度と呼ばれる、全白映像を表現する際のＲＧＢの輝度比を表す。
　ＲＧＢ各色の出力は、光源からの光出力値および表示素子による光変調量によって決まる。水銀ランプなどの高速応答ができない光源を使用する場合や１種類の色の固体光源を使用する場合などは、光変調量による制御が好ましいく（図１３（ａ）参照）。それ以外の複数色の固体光源を個別に制御可能な場合は、光源出力を制御した方が良い（図１３（ｂ）参照）。例えば、Ｇ光の出力を５００ｌｍから４００ｌｍへ変更したい場合、図１３（ａ）の例では、光変調量を制御し、表示素子への制御信号値を８０％に抑える。光源からの出力は変わらないので、投写型映像表示装置からのＧ光の出力光量を４００ｌｍにすることができる。光源の出力を細かく変化させることはコストアップ、信頼性の低下、につながるので、細かい階調表現が求められないシステムであれば、光変調量を制御する方が好ましい。
　一方、図１３（ｂ）の例では、光源への投入電流値を抑えて、光源出力を５００ｌｍから４００ｌｍに抑える。光変調量は、１００％のまま変更しないことで、投写型映像表示装置からのＧ光の出力光量を４００ｌｍにすることができる。
　複数色の固体光源を制御できるシステムの場合、制御方法の選択として、色温度の変化の際に輝度低下が最も少なくなるよう光源とゲインのどちらを選択するかを自動で判別しても良い。
４．３　輝度バランス調整
　図１４は、複数色の光源を個別に制御できるシステムにおいて、輝度低下が最も少なくなるよう、光源出力の制御と光変調量の制御を組み合わせた輝度バランス調整方法のフローを示した図である。まず、ＲＧＢ光量倍率算出ステップ（Ｓ１）では、設定された目標の輝度バランスと現在の輝度バランスから、式（１）によりＲＧＢ各色の変化率（光量倍率）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここで、Ｌ＿ｇａｉｎ（）は光量倍率、Ｒ＿ｔａｒｇｅｔ（）は設定された目標輝度バランス、Ｒ＿ｎｏｗ（）は現在の輝度バランスである。
　次に、限界倍率算出ステップ（Ｓ２）では、ＲＧＢ各色の限界光量倍率を算出する。限界光量倍率は、現在のＲＧＢ各色の投入電流値および限界投入電流値から式（２）により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
ここで、Ｇ＿ｌｉｍｉｔ（）は限界光量倍率、Ｌ＿ｌｉｍｉｔ（）は限界投入電流値、Ｌ＿Ｎｏｗ（）は現在の投入電流値である。
　基準倍率算出ステップ（Ｓ３）では、ステップＳ１で算出したＲＧＢの光量倍率のうち１．０以上の値、および、１．０以上の光量倍率を持つ色の限界光量倍率のうちで、最も小さい値を基準倍率とする。
　印加電流値決定ステップ（Ｓ４）では、ステップＳ３で決定した基準倍率に現在のＲＧＢ各色の投入電流値を乗じて、式（３）により各色の印加電流値を決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
ここで、Ｉｎ（）は印加電流値、Ｇａｉｎは基準倍率である。
　信号ゲイン算出ステップ（Ｓ５）では、ＲＧＢ各色で上記の光量倍率に近づくように、式（４）により信号値のゲインを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
ここで、Ｓ＿Ｇａｉｎ（）は、後段の信号値に乗算する信号値ゲインである。
　信号値補正ステップ（Ｓ６）では、ステップＳ５で算出した信号値ゲインを元信号に乗じて出力信号値とする。このとき、信号の限界を超える場合には限界値でクリップする。このように、光源の出力と信号値ゲインを制御することで、所望の輝度バランスを実現することができる。
４．４　レンズ位置制御
　投写型映像表示装置１００は、表示モード（映像モード／照明モード）に応じて投写光学系１８０のレンズの位置を自動で切り替える機能を有する。図１５は、各モードにおけるレンズ調整について説明した図である。図１５（ａ）は、照明モード時のレンズ調整を説明した図であり、図１５（ｂ）は、映像モード時のレンズ調整を説明した図である。投写光学系１８０は、投写レンズ８２と、投写レンズ８２を光軸方向に移動させるレンズ調整機構８４とを含む。映像モードが選択された場合、図１５（ａ）に示すように、レンズ調整機構８４によって、投写面１８５上で結像するように投写レンズ８２の位置を動かし鮮明な映像を表示する。
　一方、照明モードが選択された場合、図１５（ｂ）に示すように、レンズ調整機構８４によって、投写面１８５からずれた位置で結像するよう投写レンズ８２の位置を動かす。これにより通常の照明光と同様のムラの少ない柔らかな光による照明が実現される。特に、本例では、投写レンズ８２から見たときの合焦位置を投写面１８５の後方に設定している。こうすることで、投写型映像表示装置１００と投写面１８５の間に物体が存在した場合でも、その物体上に結像することを防止できる。なお、合焦位置を投写レンズ８２の手前に位置するようにしても、柔らかな光による照明が実現される。
　投写型映像表示装置１００は、レンズ位置調整を行うための投写面１８５の想定位置に関する情報として、一般的な投写装置で適視距離と言われる距離に関する情報を予めメモリに記憶しておいても良い。または、ユーザにより指定された設定値をメモリに記憶しても良い。
　または、投写型映像表示装置１００は撮像装置を組み込み、撮像装置を用いてコントラストＡＦにより投写光学系１８０のレンズの合焦位置を検出してもよい。投写型映像表示装置１００は検出した合焦位置に基づいて図１５（ａ）、（ｂ）に示すようなレンズ位置調整を行ってもよい。または、測距センサを投写型映像表示装置１００に設け、測距センサによって投写面までの距離を測定し、測定した距離に基づき投写光学系１８０のレンズの合焦位置を判断して図１５（ａ）、（ｂ）に示すようなレンズ位置調整を行ってもよい。
　図１６は、映像信号に対する平滑化フィルタの係数を示している。このフィルタは、投写光学系１８０におけるレンズの位置の調整機構（レンズ駆動部）が無い場合に、映像信号に対して適用するフィルタである。このようなフィルタを用いることにより、レンズ駆動部によるレンズ位置の調整と同様の効果を得る。図１６（ａ）は映像モード時のフィルタを、図１６（ｂ）は照明モード時のフィルタをそれぞれ示す。照明モード時のフィルタは、一般的な平滑化フィルタであり、表示映像の高周波成分がなくなる。これにより照明光のように滑らかな表示となる。一方、映像モードでは、フィルタを適用せず周波数成分を保持した鮮明な表示となる。
　以上のように、投写型映像表示装置１００は、光源部１１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部１６０と、光源部１１０からの光を映像生成部１６０へ導く導光光学系１４０と、映像生成部１６０により生成された映像光を投写する投写光学系１８０と、映像生成部１６０、導光光学系１４０及び投写光学系１８０を制御する制御部１９０とを備える。制御部１９０は、映像光を投写する映像モードと、光源部１１０からの光を照明光として出射する照明モードとを有している。制御部１９０は、映像モードのときは、投写光学系１８０からの照明光が投写面上に結像され、照明モードのときは、投写光学系１８０からの照明光が投写面と異なる位置に結像されるように、投写光学系１８０を制御する。これにより通常の照明光と同様のムラの少ない柔らかな光による照明が実現される。
　以上のように、映像モードと照明モードの切替の際に、各モードにおいて最適な設定を自動的に切り替えることで、都度の操作項目が減少し、操作性を向上させることができる。
４．５　表示補正
　上述の投写型映像表示装置１００は、一般的な照明装置のように、様々な姿勢で投写することができる。投写姿勢として、配線ダクトに沿ったシフト、投写型映像表示装置１００と配線ダクトとの接続部を通る鉛直方向の軸でのロールおよびスイングの３項目を調整することが可能である。ロールによる変位は、水平方向の投写歪に影響を与える。また、スイングによる変位は、垂直方向の投写歪に影響を与え、更に鉛直方向を境界として投写の天地が反転する。特に映像モードの場合は、投写歪や天地反転で映像が破綻するため、これらを補正する投写歪補正が必要である。
４．６　角度調整ガイド
　投写型映像表示装置１００は角度調整用ガイドを備える。以下、角度調整用ガイドについて図を用いて説明する。図１７は、投写型映像表示装置１００のスイング方向の角度調整用ガイドについて説明した図である。
　投写型映像表示装置１００は、第１の筐体１０１の保持部分近傍に角度調整用ガイド５０１を備えている。角度調整用ガイド５０１は、第１の筐体１０１の中心線を示す指針５０２と、映像光の出射角度を示す指針５０３と、角度表示面５０４とで構成されている。第１の筐体１０１の中心線を示す指針５０２および映像光の出射角度を示す指針５０３は各々第１の筐体１０１に固定されており、第１の筐体１０１とともに移動する。すなわち、第１の筐体１０１を支持部１０３に対して鉛直方向に回転させたとき、指針５０２および５０３は第１の筐体１０１とともに回転する。
　角度表示面５０４は支持部１０３に固定されている。角度表示面５０４には、鉛直方向を０度として、－９０度から９０度までの目盛りが表示されている。０度～９０度までは映像の天地が反転しない角度であり、－９０度～０度までは映像の天地が反転する。ユーザは、筐体１０１の中心線を示す指針５０２および映像光の出射角度を示す指針５０３が鉛直方向となす角度から、現在のスイング方向の姿勢を取得する。この姿勢をメモリ等に記憶しておくことにより、姿勢の再現が容易となる。また、投写光学系１８０内のレンズなどを変更し、映像光の光路が変化した場合は、指針５０２、５０３を動かして修正する。
４．７　映像表示における天地反転補正
　投写型映像表示装置１００における天地反転補正について、以下に図を用いて説明する。図１８は、投写型映像表示装置１００のスイング角度による投写映像の変化について説明する説明図である。
　投写型映像表示装置１００は、水平方向を軸としてスイングするため、軸を境界として映像表示が天地反転される。この反転を補正し、どのスイング角度でも破綻の無い映像を表示するため天地反転補正を適用する。投写型映像表示装置１００は、ユーザからのスイング角度（映像光の出射角度）入力を受け付け、反転投写が必要か否かを反転する。反転投写が必要な場合は、映像データを保持するフレームメモリからのラインアドレスを反転させて読出し、ＤＭＤ６２へ伝送する。
４．８　投写歪補正
　投写型映像表示装置１００における投写歪補正の全体の流れについて説明する。投写型映像表示装置１００は、ロール角度およびスイング角度に応じて発生する投写歪を補正し、スイング角度の絶対値ごとに同じ位置、サイズでの映像を投写する。
　具体的には、（１）天地反転を補正する。標準的な使用シチュエーションとして、投写型映像表示装置１００が天井にそった配線ダクト９０１に取り付けられ、床面に垂直な壁面に投写する場合を想定する。このとき、垂直斜め方向からの投写となり映像が垂直方向に歪む。また、ロールにより水平方向にも歪が発生するので、（２）台形歪を補正する。そして、投写面までの距離が同じ場合でも、スイング角度が正負反転した際、筐体の中心と映像光の出射角度のずれにより、投写位置が両者の間で異なる。また、投写距離も変わるため、投写サイズも異なる大きさとなるので、（３）垂直シフト／投写サイズを調整する。同様に、スイング角度が正負反転する場合としない場合で明るさが変化するので、（４）明るさを補正する。
　これらの投写歪をスイング角度およびロール角度の入力のみで自動で調整する。図１９は、投写歪補正の処理フローを示す図である。
　角度取得ステップ（Ｓ３１）では、角度調整用ガイド５０１から取得した映像光の出射角度およびロール角度を設定する。自動歪補正ステップ（Ｓ３２）では、投写面が配線ダクトと平行で床面に対して直立している状態として、歪補正を適用する。手動歪補正ステップ（Ｓ３３）では、投写面の設置状態がＳ３２と異なる場合に、ユーザによる手動歪補正を実施する。
　切り取り補正ステップ（Ｓ３４）では、投写面までの距離を設定し、歪補正後の映像切り取り位置を算出する。配線ダクトからの投写の場合、スイング角度の絶対値が等しい条件において、通常投写のサイズは、天地反転投写に比べて小さくなる。よって、通常投写で最も大きく切り取れるサイズを基準とし、同じ投写位置と大きさになるよう、天地反転投写の場合の切り取り位置を算出する。
　明るさ補正ステップ（Ｓ３５）では、投写サイズの比から投写後の明るさ比を算出し、光源への入力電流値を制御する。具体的には、天地反転投写は通常投写と比較して投写サイズが大きいため、その分単位面積当たりの照度が下がる。よって、通常投写の際には、投写サイズの比率分だけ、光源への電流値を下げる。
　図２０は、歪補正の補正方法を示した図である。映像光平面Ｓは、投写型映像表示装置１００の映像光が進む方向を＋Ｚ方向とした平面で表現されている。また、投写面平面Ｐは映像光平面Ｓと共通の座標系で投写平面を表現したものである。歪補正後の画素位置は式（５）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ステップＳ３２の自動歪補正では、投写面平面の３個の係数が固定させる。一方、ステップＳ３３の手動歪補正では、投写面平面の３個の係数を変動させる。
　本制御では、ステップＳ３１において、角度の取得をユーザによる手動の場合を示したが、角度センサを用いて自動取得しても良い。また、スイング角度ごとに投写位置やサイズを一意に決める例を示したが、ユーザに所望の投写画面の４隅をしてもらいそれに合わせ込んでも良い。このとき、天地反転投写の場合において、見た目の指定位置と内部映像データ上の位置とは天地が逆となっている。よって、補正処理では、４点のｙ座標（縦）を逆にする必要がある。
　スイング角度およびロール角度に応じて自動で投写歪補正を行ってもよい。これにより、ユーザによる投写調整の負荷を軽減することができる。
〔その他の実施形態〕
　上述の実施形態では、動作モードとして、照明モードと映像モードの２つの場合を例示したが、動作モードの数は２つに限らず、各々のモードにおいて更に細かいモードを設定しても良い。
　上述の実施形態では、投写姿勢による補正項目として投写位置、サイズ、明るさについての補正方法を例示したが、補正項目はこれらに限定されるものではない。さらに、ガンマ補正や色補正などを含めても良い。また、複数の投写型表示装置を組み合わせて使用する場合には、機器間の個体差を補正する処理を含めても良い。
　以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、プロジェクタ等の投写型映像表示装置に適用できる。

Claims (2)

  1. 　光源部と、
    　映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部と、
    　前記光源部からの光を前記映像生成部へ導く導光光学系と、
    　前記映像生成部により生成された前記映像光を投写する投写光学系と、
    　前記映像生成部、前記導光光学系及び前記投写光学系を制御する制御部とを備え、
    　前記制御部は、
    　　前記映像光を投写する映像モードと、前記光源部からの光を照明光として出射する照明モードとを有しており、
    　　前記映像モードのときは、前記投写光学系からの照明光が投写面上に結像され、
    　　前記照明モードのときは、前記投写光学系からの照明光が前記投写面と異なる位置に結像されるように、前記投写光学系を制御する
    投写型映像表示装置。
  2. 　前記制御部は、前記照明モードのとき、前記投写光学系からの照明光が、前記投写光学系から見て前記投写面よりも遠い位置において結像するように前記投写光学系を制御する
    　請求項１記載の投写型映像表示装置。
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