説明

投射型画像表示装置

【課題】解像度を低下させることなく横長画像と縦長画像を投射する投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像を投射する画像投射ユニット8と、前記画像投射ユニットを横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切替可能に支持する可動部6と、前記画像投射ユニットにより投射される画像の投射光を所定の方向に偏向させる機能及びその偏向によって生じる台形歪みを補正する機能を有する補正光学系10とを備え、前記横長画像投射姿勢及び前記縦長画像投射姿勢の何れか一方の姿勢となった前記画像投射ユニットからの画像を前記補正光学系を介して投射させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、横長画像と縦長画像を切替可能な投射型画像表示装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような投射型画像表示装置においては、横置きで横長画像を投射した後、縦置きにして縦長画像を投射させる場合に、横長画像の中心位置に対して縦長画像の中心位置がずれてしまう。そのため手動等によって当該装置を動かして中心位置を合わせ、動かしたことによって生じた台形歪みを補正するために、画像処理によって縦長画像が長方形状になるように表示パネルに表示させる画像の形状を変更させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第4616092号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した投射型画像表示装置は、投射する画像の形状を変形させて台形歪みを補正するので、表示パネル上で使用されない画素が生じ投射画像の一部の解像度が低下してしまうという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、解像度を低下させることなく横長画像と縦長画像を投射する投射型画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の投射型画像表示装置は、画像を投射する画像投射ユニットと、前記画像投射ユニットを横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切替可能に支持する可動部と、前記画像投射ユニットにより投射される画像の投射光を所定の方向に偏向させる機能及びその偏向によって生じる台形歪みを補正する機能を有する補正光学系とを備え、前記横長画像投射姿勢及び前記縦長画像投射姿勢の何れか一方の姿勢となった前記画像投射ユニットからの画像を前記補正光学系を介して投射させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明の投射型画像表示装置によれば、解像度を低下させることなく横長画像と縦長画像を投射する投射型画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態に係る投射型画像表示装置における横長画像投射姿勢を示す斜視図である。
【図2】実施の形態に係る投射型画像表示装置における縦長画像投射姿勢を示す斜視図である。
【図3】実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す斜視図である。
【図4】実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す正面図である。
【図5】実施の形態に係る画像投射ユニットを示す概略断面図である。
【図6】実施の形態に係る補正光学系を示す概略断面図である。
【図7】実施の形態に係る投射型画像表示装置のブロック図である。
【図8】実施の形態に係る投射画像の投射処理を示すフローチャートである。
【図9】実施の形態に係る補正光学系の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本実施の形態に係る投射型画像表示装置について説明する。図1は実施の形態に係る投射型画像表示装置における横長画像投射姿勢を示す斜視図であり、図2は実施の形態に係る投射型画像表示装置における縦長画像投射姿勢を示す斜視図である。投射型画像表示装置2は、架台4、可動部6、画像投射ユニット8及び補正光学系収納部10を備えている。
【0010】
可動部6は、プレート形状を有しており、一方の面に画像投射ユニット8が取り付けられている。可動部6の一方の縁部は、架台4に固定されたヒンジ機構7に回動可能に取り付けられている。これにより画像投射ユニット8を図1に示す横長画像投射姿勢又は、図2に示す縦長画像投射姿勢にさせることができる。
【0011】
画像投射ユニット8は、投射画像の画像データ等を記憶した画像メモリ部、光源、投射画像を表示する画像表示部、投射レンズ8a等を備えている。また画像投射ユニット8は、投射光の投射開始や投射終了等の指示を入力させる操作キー等を含む操作部を備え、操作部によって入力された指示に従って画像メモリ部に記憶された画像データに基づく投射光を投射レンズ8aを介して投射する。なお、画像投射ユニット8は架台4や可動部6等から取り外して単独使用することも可能である。
【0012】
補正光学系収納部10は、架台4に立設された支柱上に設置される。画像投射ユニット8は縦長画像投射姿勢の場合に投射レンズ8aが補正光学系収納部10に対向する。これにより、投射レンズ8aから投射された投射光は、補正光学系収納部10内の補正光学系を介して投射される。ここで補正光学系は、画像投射ユニット8から投射された投射光を偏向させる光学系及び、投射光の偏向に伴い生じる投射画像の台形歪みを補正するための光学系等により構成される。また、台形歪以外の各種の光学系の収差を補正する光学系を含んでも良い。
【0013】
図3は実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す斜視図であり、図4は実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す正面図である。ここで図3は投射型画像表示装置2から投射距離Lの位置にある不図示のスクリーン上に投射画像を投射した様子を示している。
【0014】
図3には、投射型画像表示装置2から横長画像投射姿勢で投射された横長画像が実線で示されており、その横長画像は縦の長さがV、横の長さがHとなっている。この横長画像は図4においては実線の長方形PQRSによって示されている。また図3には、縦長画像投射姿勢の投射型画像表示装置2から補正光学系を介して投射された縦長画像が2点鎖線によって示されている。この補正光学系を介した縦長画像は図4においては2点鎖線の長方形P´Q´R´S´によって示されている。
【0015】
さらに図3には、縦長画像投射姿勢の投射型画像表示装置2から補正光学系を介さずに投射された場合の縦長画像が破線によって示されている。この補正光学系を介さずに投射された縦長画像は、図4においては破線の長方形P”Q”R”S”によって示されている。
【0016】
なお図3においては投射型画像表示装置2における架台4の詳細形状及び画像投射ユニット8の縦長画像投射姿勢の図示を省略している。また架台4上での縦長画像投射姿勢と横長画像投射姿勢の切替えに伴う投射レンズ8aの光軸の位置ズレは、投射型画像表示装置2からスクリーンまでの長さ等と比較すると相対的に小さいため無視するものとして説明する。
【0017】
図3及び図4に示す点Cは、横長画像が投射された場合における投射レンズ8aの光軸とスクリーンとの交点であって横長画像においては下辺の中央部に位置する。ここで補正光学系を介さずに投射された縦長画像は、スクリーン上において横長画像に対して光軸周り、即ち点C周りに反時計回りに90度回転した位置に投射されるため、画像下半分が横長画像の下辺RSより下方のP”Q”R”S”に投射される。
【0018】
図3及び図4に示す点C´は、補正光学系を介して縦長画像が投射された場合における投射レンズ8aの光軸とスクリーンとの交点であり、スクリーン上において点Cの右上方に位置する。このように光軸とスクリーンとの交点の位置を移動させることにより、補正光学系を介して投射された縦長画像の下辺P´S´を横長画像の下辺RSと同一直線上に位置させることができる。また、光軸とスクリーンとの交点の位置を移動させることにより、補正光学系を介して投射された縦長画像の垂直方向の中心線の位置を横長画像の垂直方向の中心線の位置とほぼ一致させることができる。
【0019】
ここで、図5は実施の形態に係る画像投射ユニットを示す概略断面図である。画像投射ユニット8は、投射画像を表示するための画像表示素子8bを有している。画像表示素子8bは、上端部が投射レンズ8aの光軸を通る線上に位置するように配置される。これにより画像投射ユニット8により投射される縦長画像及び横長画像は、その縁部に投射レンズ8aの光軸が位置する、即ち光軸のオフセットが100パーセントの構成となる。なお画像表示素子8bは、アスペクト比が4:3あるいは16:9の長方形状に構成されており、図5における縦方向が画像表示素子8bの短手方向となっている。
【0020】
次に図6を用いて補正光学系収納部10に収納されている補正光学系の構成について説明する。なお図6は図3に示す投射型画像表示装置2の投射光の射出位置を示す点Oと、点C、点C´からなる三角形OCC´を通る平面で補正光学系収納部10を切断した断面図である。
【0021】
補正光学系は、第1の反射鏡20、補正レンズ22及び第2の反射鏡24によって構成されている。第1の反射鏡20は、入射した投射光を90度偏向させて反射させるために、投射レンズ8aの光軸に対して45度傾けて配置される。補正レンズ22は、投射画像に生じる台形歪みを補正し、スクリーン上で縦長画像を長方形状等の正常な形状で投射させるための自由曲面を有するレンズである。
【0022】
第2の反射鏡24は、スクリーン上の点C´の方向、即ち図6に示す画像投射ユニット8の投射レンズ8aの光軸の方向に対し、時計回りに角度αだけ傾けた方向に投射光を偏向させるミラーである。そのため第2の反射鏡24は、第1の反射鏡22によって折り曲げられた投射レンズ8aの光軸に対して45度+(1/2)α度だけ傾けた状態で設置される。
【0023】
ここで、スクリーン上の点C´の方向に投射光を偏向させるための角度αについて説明する。角度αは図3における三角形OCC´の頂点Oの角度であり、投射レンズ8aが固定焦点レンズの場合、投射距離によらず一定の値となる。
【0024】
画像表示素子8bのアスペクト比が4:3の場合の角度αは以下のように算出される。図4において、横長画像の横の長さHと縦の長さVの関係は、アスペクト比からH:V=4:3となる。またCS´:C´S´=1.5:2であるので、∠C´CS´=arctan(C´S´/CS´)=arctan(2/1.5)=53.13°となる。
【0025】
またCC´=(2+1.50.5×(H/4)=0.625Hであるので、図3における三角形OCC´において、α=arctan(CC´/L)=arctan(0.625×(H/L))となる。ここで、投射比(投射距離L:横長画像の幅H)が2:1であるときはα=17.35°となる。
【0026】
図7は実施の形態に係る投射型画像表示装置のブロック図である。図7において投射型画像表示装置2は、装置の全体を統括的に制御する制御部30を備えている。制御部30には、縦横切替駆動部32、縦横状態検出部34、画像メモリ部36、画像データ検出部38、画像処理部40が接続されている。
【0027】
縦横切替駆動部32は、架台4に取り付けられたモータ等の駆動機構であって、制御部30からの指示に従い可動部6を動作させ画像投射ユニット8の姿勢を横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切り替える。
【0028】
縦横状態検出部34は、架台4に実装された検出スイッチやセンサ等であって、画像投射ユニット8が縦長画像投射姿勢又は横長画像投射姿勢のどちらの姿勢であるかを検出する。
【0029】
なお、架台4に実装された縦横切替駆動部32及び縦横状態検出部34と、制御部30との間で電気的な接続を行なうために、画像投射ユニット8と架台4の間にはインターフェースケーブルによる接続或いはコネクタによるダイレクト接続がなされる。また、縦横状態検出部34は、架台4に実装された検出スイッチやセンサの代わりに、画像投射ユニット8に実装された重力センサ(加速度センサ)であってもよい。
【0030】
画像メモリ部36は、画像投射ユニット8により投射される投射画像の画像データや、画像データに関連付けられた投射画像の正しい投射向きを示す縦横位置情報等を格納する。縦横位置情報は、投射画像が横長画像であることを示す、即ち横向きが正しい投射向きであることを示す「横位置」、投射画像を横向きの状態からスクリーン上で反時計回りに90度回転させた縦向きが正しい投射向きであることを示す「縦位置・反時計回り90度回転」、投射画像を横向きの状態からスクリーン上で時計回りに90度回転させた縦向きが正しい投射向きであることを示す「縦位置・時計回り90度回転」の3通りである。
【0031】
なお、本実施の形態においては、図1及び図2に示すように画像投射ユニット8は、投射型画像表示装置2の背面側からスクリーンに向かう方向を基準としたときに、横長画像投射姿勢から反時計回りに90度回転することによって縦長画像投射姿勢となる。そのため「縦位置・反時計回り90度回転」の投射画像は、縦長画像投射姿勢において正しい投射向きで投射される画像である。その一方で「縦位置・時計回り90度回転」の投射画像は、縦長画像投射姿勢においては上下が逆さとなって投射される画像である。
【0032】
画像データ検出部38は、画像データに関連付けられた縦横位置情報を検出する。画像処理部40は、画像メモリ部36から読み出された画像データを投射型画像表示装置2により再生できる形式に変換する機能を有する。また画像処理部40は必要に応じて画像データに基づく投射画像を回転させる機能も有する。そのため縦長画像投射姿勢で「縦位置・時計回り90度回転」の画像データに基づく投射画像を投射するときは、画像処理部40により投射画像を180度回転させ正しい向きに修正する。
【0033】
なお、ここでは画像メモリ部36に格納された画像データを用いるものとするが、画像メモリ部36の代わりに外部のコンピュータのメモリに格納された画像データを利用してもよい。その場合にはインターフェースケーブルあるいはコネクタを介して外部のコンピュータと投射型画像表示装置2とを接続する。
【0034】
ここで、図8のフローチャートを用い投射画像の投射処理について説明する。先ずユーザが投射型画像表示装置2の不図示の操作部によって画像を投射させるための操作を行なうと、画像メモリ部36内の画像データが制御部30に入力される(ステップS1)。そして制御部30は、縦横状態検出部34による検出結果に基づいて、画像投射ユニット8が横長画像投射姿勢であると認識したときは次のステップS3へ進み、縦長画像投射姿勢であると認識したときはステップS8へ進む(ステップS2)。
【0035】
制御部30は、画像投射ユニット8が横長画像投射姿勢であると認識したとき(ステップS2、Yes)、画像データ検出部38による画像データの縦横位置情報の検出結果に基づいて、縦横位置情報が「横位置」、即ち画像データに基づく投射画像が横長画像であるか否かを判断(ステップS3)する。制御部30は投射画像が横長画像と判断した場合(ステップS3、Yes)、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット8により不図示のスクリーンに投射させ、投射処理を終了する(ステップS4)。
【0036】
また、制御部30は、ステップS3において縦横位置情報が「縦位置・反時計回り90度回転」又は「縦位置・時計回り90度回転」であって、投射画像を縦長画像と判断した場合(ステップS3、No)、縦横切替駆動部32によって可動部6を駆動し画像投射ユニット8を横長画像投射姿勢から縦長画像投射姿勢に切り替える(ステップS5)。
【0037】
制御部30は、画像データの縦横位置情報が「縦位置・時計回り90度回転」か否かを判断する(ステップS6)。制御部30は、縦横位置情報が「縦位置・反時計回り90度回転」と判断した場合(ステップS6、No)、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット8によって投射させ、投射処理を終了する(ステップS4)。
【0038】
制御部30が縦横位置情報を「縦位置・時計回り90度回転」と判断した場合(ステップS6、Yes)、画像処理部40は、画像データに基づく投射画像を180度回転させる画像処理を行なう(ステップS7)。そして制御部30は、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット8によって投射させ、投射処理を終了する(ステップS4)。
【0039】
制御部30は、画像投射ユニット8が縦長画像投射姿勢であると認識したとき(ステップS2、No)、画像データ検出部38による画像データの縦横位置情報の検出結果に基づいて、縦横位置情報が「横位置」、即ち画像データに基づく投射画像が横長画像であるか否かを判断する(ステップS8)。
【0040】
制御部30は、投射画像が横長画像と判断した場合(ステップS8、Yes)、縦横切替駆動部32によって可動部6を駆動し画像投射ユニット8を縦長画像投射姿勢から横長画像投射姿勢に切り替える(ステップS9)。そして制御部30は画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット8により投射させ、投射処理を終了する(ステップS4)。
【0041】
制御部30は、ステップS8において縦横位置情報が「縦位置・反時計回り90度回転」又は「縦位置・時計回り90度回転」であって、投射画像が縦長画像と判断した場合(ステップS8、No)、画像データの縦横位置情報が「縦位置・時計回り90度回転」であるか否かを判断する(ステップS10)。
【0042】
制御部30は、縦横位置情報が「縦位置・反時計回り90度回転」と判断した場合(ステップS10、No)、制御部30は、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット8によって投射させ、投射処理を終了する(ステップS4)。
【0043】
また、制御部30が縦横位置情報を「縦位置・時計回り90度回転」と判断した場合(ステップS10、Yes)、画像処理部40は、画像データに基づく投射画像を180度回転させる画像処理を行なう(ステップS11)。そして制御部30は、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット8によって投射させ、投射処理を終了する(ステップS4)。
【0044】
このようにして、画像投射ユニット8の姿勢と投射画像の正しい投射向きとに基づいて投射画像が正しい向きで投射されるように、縦横切替駆動部32による画像投射ユニット8の姿勢の切り替えや、画像処理部40による投射画像の回転等、各部の制御を自動的に行なう。
【0045】
本実施の形態によれば、補正光学系を備えたことにより、横長画像と縦長画像とを解像度を低下させることなく正常な形状で投射させることができる。また補正光学系を介することにより、縦長画像の下辺の位置を横長画像の下辺の位置に揃え、更に縦長画像の垂直方向の中心線の位置を横長画像の垂直方向の中心線の位置にほぼ一致させるので、画像投射ユニットの姿勢を切り替えた際に手動で投射画像の位置合わせ等を行なう手間を省くことができる。
【0046】
なお、本実施の形態において、画像データに関連付ける縦横位置情報は、ユーザが操作部を操作して画像データに投射画像の正しい向きとして書き込んだ情報を利用してもよく、また例えば画像データとして電子カメラで撮影された画像を用いる場合には、電子カメラにより撮影時に書き込まれた画像の正しい向きを示す情報を利用してもよい。
【0047】
なお、図9は実施の形態に係る補正光学系の変形例を示し、図3における三角形OCC´を通る平面で補正光学系収納部10を切断した断面図である。図9に示すように補正光学系は、プリズム44と台形歪みを補正する補正レンズ46とを備えている。そのため投射レンズ8aを透過して射出された投射光は、補正光学系収納部42内部のプリズム44に入射し、偏角αだけ偏向される。さらに補正レンズ46を透過して外部に射出される。このような構成の補正光学系によっても、上述した実施の形態の補正光学系と同様に投射光の偏向と台形歪みの補正とを行なうことができる。
【0048】
また、本実施の形態において、補正レンズを1枚の構成としたが、これに限定されることはなく、複数のレンズ及びレンズ群からなる構成が望ましい。なお補正レンズまたはこれに代わる複数のレンズ及びレンズ群には、自由曲面レンズを用いることが望ましい。また補正レンズの代わりに自由曲面を有するミラーや、入射面又は出射面を自由曲面にしたプリズムを適用し、台形歪みの補正を行なうようにしてもよい。
【0049】
また、本実施の形態においては、投射レンズ8aは1枚の凸レンズの構成としたが、これに限定されることはなく、複数のレンズ及びレンズ群から成る構成とすることが望ましい。
【0050】
また、この実施の形態においては、光軸のオフセットが100パーセントとなるように投射レンズ8aと画像表示素子8bとを配置したが、この配置に限定されるものではなくオフセットが100パーセント以上或いはそれ以下の設定となる配置でもよい。
【0051】
また、本実施の形態においては、縦長画像の垂直方向の中心線及び下辺を、横長画像の垂直方向の中心線及び下辺に一致させるように縦長画像を投射したが、それに限定されるものではなく、例えば横長画像の水平方向及び垂直方向の各中心線に、縦長画像の水平方向及び垂直方向の各中心線が一致するように縦長画像を投射させるようにしてもよい。
【0052】
また、本実施の形態においては、縦長画像投射姿勢のときに補正光学系によって投射光を偏向させたが、これに限定されるものではなく、縦長画像を投射したときに投射レンズ8aの光軸がスクリーン上において上述した点C´を通るように、可動部6のヒンジ機構7を適当な位置に取り、補正光学系から投射光を偏向させるための光学系を取り除いてもよい。
【符号の説明】
【0053】
2…投射型画像表示装置、4…架台、6…可動部、8…画像投射ユニット、10…補正光学系収納部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像を投射する画像投射ユニットと、
前記画像投射ユニットを横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切替可能に支持する可動部と、
前記画像投射ユニットにより投射される画像の投射光を所定の方向に偏向させる機能及びその偏向によって生じる台形歪みを補正する機能を有する補正光学系とを備え、
前記横長画像投射姿勢及び前記縦長画像投射姿勢の何れか一方の姿勢となった前記画像投射ユニットからの画像を前記補正光学系を介して投射させることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項2】
前記補正光学系は、前記横長画像投射姿勢において投射された画像の垂直方向の中心線の位置と、前記縦長画像投射姿勢において投射された画像の垂直方向の中心線の位置とをほぼ一致させるように、前記画像投射ユニットからの投射光を偏向させることを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。
【請求項3】
前記補正光学系は、前記横長画像投射姿勢において投射された画像の下辺と、前記縦長画像投射姿勢において投射された画像の下辺とをほぼ一致させるように、前記画像投射ユニットからの投射光を偏向させることを特徴とする請求項2に記載の投射型画像表示装置。
【請求項4】
前記補正光学系は、前記横長画像投射姿勢において投射された画像の水平方向の中心線の位置と、前記縦長画像投射姿勢において投射された画像の水平方向の中心線の位置とをほぼ一致させるように、前記画像投射ユニットからの投射光を偏向させることを特徴とする請求項2に記載の投射型画像表示装置。
【請求項5】
前記補正光学系は、台形歪みの補正を行なうための自由曲面を含むことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
【請求項6】
前記可動部を駆動し前記画像投射ユニットの姿勢を切り替える駆動部と、
前記画像投射ユニットが前記縦長画像投射姿勢又は前記横長画像投射姿勢の何れであるかを検出する縦横状態検出部とを備え、
画像の正しい向きと、前記縦横状態検出部により検出された前記画像投射ユニットの姿勢とに応じ、前記駆動部により前記画像投射ユニットの姿勢を切り替えることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
【請求項7】
投射する画像の向きを回転させる画像処理部を備え、
前記縦長画像投射姿勢で画像を投射する場合に、前記画像の正しい向きに基づいて前記画像処理部により前記画像の向きを180度回転させることを特徴とする請求項6に記載の投射型画像表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2013−83690(P2013−83690A)
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−221668(P2011−221668)
【出願日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【出願人】(000004112)株式会社ニコン (12,601)
【Fターム(参考)】