(57)【要約】【課題】被投射面の部位毎の投射光学系からの距離を検出することにより、凹凸を有する被投射面であっても、適正な画像を表示することのできる投射型表示装置を提供すること。【解決手段】投射型表示装置１００は、画像補正部１００５を備えた画像生成部１３０、および画像生成部１３０で生成した画像を投射する投射光学系１２０を備えた投射型表示装置本体１１０と、投射光学系１２０からの画像投射方向に撮像レンズ２を向けた撮像装置１とを有している。撮像装置１において、受光素子アレイ４では、マイクロレンズアレイ３の複数のマイクロレンズ３０の１つ毎に複数の受光素子４０が重なっており、画像補正部１００５は、複数の受光素子４０での受光結果に基づいて画像を補正する。【選択図】図３
2014126644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像情報を補正する画像補正部と、
補正された前記入力画像情報を被投射面に投射する投射光学系と、
前記被投射面の少なくとも一部を撮像する撮像装置と、
を有する投射型表示装置であって、
前記撮像装置は、
撮像レンズと、
前記撮像レンズを介して入射した光を検出する受光素子アレイと、
該受光素子アレイと前記撮像レンズとの間に配置されたマイクロレンズアレイと、
を有し、
前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズの各々に、前記受光素子アレイの複数の受光素子が対応し、
前記画像補正部は、前記複数の受光素子での受光結果に基づいて前記入力画像情報を補正することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記投射光学系が被投射面に向けて検査画像を投射した際、前記複数の受光素子は、前記被投射面からの光線を前記マイクロレンズを介して受光し、
前記画像補正部は、前記入力画像情報を補正する際、前記複数の受光素子での受光結果に基づいて前記被投射面の部位毎の前記投射光学系からの距離に対応する補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記投射光学系の光軸と前記撮像レンズの光軸とは平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記投射光学系を変位させて当該投射光学系の光軸の向きを調整した際、前記撮像レンズは、前記投射光学系と同一方向に変位することを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記投射光学系のｆ値と前記撮像レンズのｆ値とが等しいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記投射光学系を保持する筐体を備え、
前記撮像レンズは、前記筐体において前記投射光学系が配置された前面部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記投射光学系を保持する筐体を備え、
前記筐体は、前記投射光学系が配置された略長方形形状の前面部と、前記前面部に連なる角筒状胴部と、を備え、
前記撮像レンズは、前記角筒状胴部において前記前面部の長辺側に位置する側面部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置を備えた投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置において、スクリーン等の被投射面へのピント合わせを行うにあたって、投射型表示装置から被投射面に画像を投射するとともに、かかる画像をデジタルカメラで撮像し、デジタルカメラで得た信号の高周波成分が最大となるように投射光学系を移動させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５０２０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、特許文献１に記載の技術では、投射光学系と被投射面との距離の平均に対応する情報しか得られないため、被投射面に凹凸があるような場合には適正な画像を投射することができない。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、被投射面の部位毎の投射光学系からの距離を検出することにより、凹凸を有する被投射面であっても、被投射面の全面に適正な画像を表示することのできる投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、特許第４７５２０３１号公報に記載されているような撮像装置を利用する。かかる撮像装置では、撮像レンズ、マイクロレンズアレイ、および受光素子アレイがこの順に配置されており、撮像レンズ、およびマイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズの各々を通過した光を、受光素子アレイにおいてマイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズの１つ毎に対応させた複数の受光素子で受光する。このため、マイクロレンズの１つ毎に対応させた複数の受光素子の各々で受光した結果には、マイクロレンズに対して入射した角度方向に対応する情報等も含まれていることから、かかる複数の受光素子での受光結果には、被写体の部位毎の撮像レンズからの距離に対応する情報が含まれていることになる。従って、複数の受光素子での受光結果に基づいて、投射する画像を補正すれば、凹凸を有する被投射面であっても、被投射面の全面に適正な画像を表示することができる。
【０００７】
より具体的には、本発明は、入力画像情報を補正する画像補正部と、補正された前記入力画像情報を被投射面に投射する投射光学系と、前記被投射面の少なくとも一部を撮像する撮像装置と、を有する投射型表示装置であって、前記撮像装置は、撮像レンズと、前記撮像レンズを介して入射した光を検出する受光素子アレイと、該受光素子アレイと前記撮像レンズとの間に配置されたマイクロレンズアレイと、を有し、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズの各々に、前記受光素子アレイの複数の受光素子が対応し、前記画像補正部は、前記複数の受光素子での受光結果に基づいて前記入力画像情報を補正することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る投射型表示装置において、マイクロレンズの１つ毎に対応させた複数の受光素子の各々で受光した結果には、マイクロレンズに対して入射した角度方向に対応する情報等も含まれていることから、かかる複数の受光素子での受光結果には、被投射面（撮像装置にとっての被写体）の部位毎の撮像レンズからの距離に対応する情報が含まれている。従って、複数の受光素子での受光結果に基づいて、投射する画像を補正すれば、凹凸を有する被投射面であっても、被投射面の全面に適正な画像を表示することができる。
【０００９】
本発明において、前記投射光学系が被投射面に向けて検査画像を投射した際、前記複数の受光素子は、前記被投射面からの光線を前記マイクロレンズを介して受光し、前記画像補正部は、前記入力画像情報を補正する際、前記複数の受光素子での受光結果に基づいて前記被投射面の部位毎の前記投射光学系からの距離に対応する補正を行う構成を採用することができる。
【００１０】
本発明において、前記投射光学系の光軸と前記撮像レンズの光軸とは平行であることが好ましい。かかる構成によれば、投射光学系が画像を投射しようとする領域を撮像装置で確実に監視することができる。
【００１１】
本発明において、前記投射光学系を変位させて当該投射光学系の光軸の向きを調整した際、前記撮像レンズは、前記投射光学系と同一方向に変位することが好ましい。かかる構成によれば、変位させた後の投射光学系が画像を投射しようとする領域を撮像装置で確実に監視することができる。
【００１２】
本発明において、前記投射光学系のｆ値と前記撮像レンズのｆ値とが等しいことが好ましい。かかる構成によれば、投射光学系が画像を投射しようとする領域全体を撮像装置で確実に監視することができる。
【００１３】
本発明において、前記投射光学系を保持する筐体を備え、前記撮像レンズは、前記筐体において前記投射光学系が配置された前面部に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、撮像レンズと投射光学系とを近い位置に配置することができるので、投射光学系が画像を投射しようとする領域を撮像装置で確実に監視することができる。
【００１４】
本発明において、前記投射光学系を保持する筐体を備え、前記筐体は、前記投射光学系が配置された略長方形形状の前面部と、前記前面部に連なる角筒状胴部と、を備え、前記撮像レンズは、前記角筒状胴部において前記前面部の長辺側に位置する側面部に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、撮像レンズと投射光学系とを近い位置に配置することができるので、投射光学系が画像を投射しようとする領域を撮像装置で確実に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した投射型表示装置の説明図である。
【図２】本発明を適用した投射型表示装置の内部構成等を示す説明図である。
【図３】本発明を適用した投射型表示装置の撮像装置に用いたマイクロレンズアレイ等の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００１７】
［全体構成］
図１は、本発明を適用した投射型表示装置の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、投射型表示装置を前側からみた斜視図、および投射型表示装置本体の電気的構成を示す説明図である。図２は、本発明を適用した投射型表示装置の内部構成等を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、投射型表示装置本体や撮像装置を構成する部材の説明図、および撮像装置において受光素子アレイによって光線が受光される様子を示す説明図である。
【００１８】
図１（ａ）および図２（ａ）に示す投射型表示装置１００において、投射型表示装置本体１１０は、略直方体形状を有しており、かかる投射型表示装置本体１１０には、後述する撮像装置１が一体に構成されている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、投射型表示装置本体１１０は、投射光学系１２０および後述する画像生成部１３０（図１（ｂ）および図２（ａ）参照）等を保持する筐体１４０を備え、かかる筐体１４０は、前面部１４１と、前面部１４１の端部から後方に延在する角筒状胴部１４２とを有している。前面部１４１は、相対向する一対の短辺１４１ａ、１４１ｂと、相対向する一対の長辺１４１ｃ、１４１ｄとを備えている。かかる前面部１４１において、一対の短辺１４１ａ、１４１ｂのうちの一方の短辺１４１ｂ寄りの位置には、投射光学系１２０が配置され、他方の短辺１４１ａ寄りの位置には、冷却空気を排出する排気口１４５が設けられている。
【００２０】
本形態では、前面部１４１のうち、投射光学系１２０に近接する位置に撮像装置１の撮像レンズ２が配置されており、撮像装置１は、投射光学系１２０からの画像投射方向に撮像レンズ２を向けている。
【００２１】
図１（ａ）には、撮像レンズ２が投射光学系１２０と長辺１４１ｃとの間に配置された構成例が表されているが、投射光学系１２０に近接する位置であれば、投射光学系１２０と短辺１４１ｂとの間や、投射光学系１２０と短辺１４１ａとの間に撮像レンズ２を配置してもよい。また、投射光学系１２０に近接する位置であれば、角筒状胴部１４２のうち、長辺１４１ｃ側に位置する側面部１４２ｃに撮像レンズ２を配置してもよい。
【００２２】
本形態において、投射型表示装置本体１１０は、いわゆる液晶プロジェクターであり、図１（ｂ）に示すように、表示情報出力源１０００、表示情報処理回路１００２、駆動回路１００４、液晶パネル１８０、クロック発生回路１００８、および電源回路１０１０等を備えた画像生成部１３０を備えている。かかる画像生成部１３０において、表示情報出力源１０００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、光ディスクなどのメモリー、テレビ信号の画信号を同調して出力する同調回路などを含んで構成され、クロック発生回路１００８からのクロックに基づいて、所定フォーマットの画像情報を処理して表示情報処理回路１００２に出力する。表示情報処理回路１００２は、たとえば増幅・極性反転回路、相展開回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、あるいはクランプ回路等の周知の各種処理回路を含んで構成され、クロック信号に基づいて入力された表示情報（入力画像情報）から１画面分の画像信号を順次生成し、クロック信号ＣＬＫとともに駆動回路１００４に出力する。駆動回路１００４は、液晶パネル１８０を駆動し、液晶パネル１８０は、表示情報処理回路１００２で生成された画像信号に基づいて、図２（ａ）に示す光源部１６０から出射された光源光を変調する。
【００２３】
本形態では、投射型表示装置本体１１０は、カラー画像を表示するため、液晶パネル１８０および駆動回路１００４は、赤色光用、緑色光用、青色光用の３組構成されており、３つの液晶パネル１８０で生成された各色の画像は、光合成素子１５０によってカラー画像に合成された後、投射光学系１２０からスクリーン等の被投射面Ｓ０に投射される。
【００２４】
また、画像生成部１３０のうち、表示情報処理回路１００２には、画像補正部１００５が構成されており、かかる画像補正部１００５は、後述するように、撮像装置１での被投射面Ｓ０の撮像結果に基づいて、入力画像情報を補正する。
【００２５】
［撮像装置１の構成］
図３は、本発明を適用した投射型表示装置１００の撮像装置１に用いたマイクロレンズアレイ等の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、マイクロレンズアレイを撮像レンズ２側からみた平面図、およびマイクロレンズと受光素子との位置関係を示す説明図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、撮像装置１は、装置光軸Ｌに沿って、撮像レンズ２、マイクロレンズアレイ３、および受光素子アレイ４がこの順に配置されており、マイクロレンズアレイ３は、撮像レンズ２の焦点位置に配置されている。なお、図２（ａ）には、撮像レンズ２として、１枚のレンズが表されているが、複数枚のレンズを用いてもよい。
【００２７】
本形態において、撮像レンズ２のｆ値は、投射型表示装置本体１１０の投射光学系１２０のｆ値と同一である。また、投射光学系１２０の光軸と撮像レンズ２の光軸とは平行である。また、投射型表示装置本体１１０において投射光学系１２０を変位させて投射光学系１２０の光軸の向きを調整した際、撮像レンズ２は、投射光学系１２０と同一方向に変位するように構成されている。このため、投射光学系１２０の光軸の向きを調整した場合でも、投射光学系１２０の光軸と撮像レンズ２の光軸とは平行である。
【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像装置１において、マイクロレンズアレイ３では、複数のマイクロレンズ３０が装置光軸Ｌに直交する平面内にマトリクス状に配置されており、１つのマイクロレンズ３０が画素１つ分に相当する。本形態において、複数のマイクロレンズ３０は、同一の形状を有しており、焦点距離が同一である。
【００２９】
受光素子アレイ４では、装置光軸Ｌに直交する平面内において、複数のマイクロレンズ３０の１つ毎（画素毎）に複数の受光素子４０がマトリクス状に配置されており、１つの受光素子４０がサブ画素１つ分に相当する。ここで、受光素子４０は、複数のマイクロレンズ３０の１つ毎に３行以上かつ３列以上配置されており、図３（ｂ）には、複数のマイクロレンズ３０の１つ毎に５行×５列に配置されている。このため、１つの画素は、５行×５列のサブ画素により構成されている。
【００３０】
［撮像装置１および投射型表示装置本体１１０の動作］
以上説明したように、撮像装置１は、特許第４７５２０３１号公報に開示された光学系と同様な構成を有しており、投射型表示装置１００において、被投射面Ｓ０の各部位における投射光学系１２０からの距離（撮像レンズ２からの距離）を検出することにより、被投射面Ｓ０の凹凸形状を検出する。
【００３１】
より具体的には、投射型表示装置１００で画像を被投射面Ｓ０に投射する準備段階において、まず、投射型表示装置本体１１０は、投射光学系１２０からドット状あるいはストライプ状の検査画像を被投射面Ｓ０に投射し、かかる検査画像を撮像装置１で撮像する。
【００３２】
その結果、被投射面Ｓ０からの光は、撮像レンズ２によってマイクロレンズアレイ３に集光される。また、マイクロレンズアレイ３の複数のマイクロレンズ３０の各々に入射した光は、図２（ｂ）に示すように、受光素子４０のうち、マイクロレンズ３０への入射方向に対応する位置の受光素子４０で受光される。その際、複数のマイクロレンズ３０のうち、所定のマイクロレンズ３０に対応する受光素子４０で受光された結果は、被投射面Ｓ０の面内方向の所定の部位からの入射した情報（二次元情報）を含む。また、１つのマイクロレンズ３０に対応する複数の受光素子４０のうち、各受光素子４０で受光された結果は、マイクロレンズ３０への入射角度（θ、φ）に関する情報を含む。ここで、被投射面Ｓ０に凹凸や撓み等の歪み等が存在して、投射光学系１２０からの距離（撮像レンズ２からの距離）が異なる部位Ｓ１、Ｓ２が存在していると、かかる部位Ｓ１、Ｓ２からの光線は、被投射面Ｓ０のうち、マイクロレンズ３０と共役関係にある位置からの光線と異なる受光素子４０に入射する。従って、１つのマイクロレンズ３０に対応する複数の受光素子４０で受光された結果には、被投射面Ｓ０の所定部位における投射光学系１２０からの距離（撮像レンズ２からの距離）に対応する情報が含まれている。例えば、１つのマイクロレンズ３０に対応する複数の受光素子４０での受光結果を比較すれば、被投射面Ｓ０の所定部位に凹凸や撓み等の歪みに起因して投射光学系１２０からの距離（撮像レンズ２からの距離）が異なる部位Ｓ１、Ｓ２が存在しているか否かを検出することができるとともに、かかる部位Ｓ１、Ｓ２では、投射光学系１２０からの距離（撮像レンズ２からの距離）が長くなる方あるいは短くなる方のいずれに変位しているかを検出することができる。
【００３３】
従って、撮像装置１が複数の受光素子４０での受光結果、あるいは複数の受光素子４０での受光結果に処理を施した情報を投射型表示装置本体１１０の画像生成部１３０に出力すると、画像生成部１３０において、表示情報処理回路１００２の画像補正部１００５は、被投射面Ｓ０の凹凸や撓み等の歪み等が存在する部位Ｓ１、Ｓ２に向けて投射される画像部分の補正を行い、投射光学系１２０は、補正された後の画像を被投射面Ｓ０に投射する。このため、被投射面Ｓ０に凹凸や撓み等の歪み等が存在していても、被投射面Ｓ０には、形状的な歪みが補正された適正な画像が表示されることになる。
【００３４】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の投射型表示装置１００は、入力画像情報を補正する画像補正部１００５を備えた画像生成部１３０、および画像生成部１３０で生成した画像を投射する投射光学系１２０を備えた投射型表示装置本体１１０と、投射光学系１２０からの画像投射方向に撮像レンズ２を向けた撮像装置１とを有している。また、撮像装置１において、受光素子アレイ４では、マイクロレンズアレイ３の複数のマイクロレンズ３０の１つ毎に複数の受光素子４０が重なっており、画像生成部１３０の画像補正部１００５は、複数の受光素子４０での受光結果に基づいて画像を補正する。すなわち、マイクロレンズ３０の１つ毎に対応させた複数の受光素子４０の各々で受光した結果には、マイクロレンズ３０に対して入射した角度方向に対応する情報等も含まれていることから、かかる複数の受光素子４０での受光結果には、被投射面Ｓ０の部位毎の撮像レンズ２からの距離に対応する情報が含まれている。従って、複数の受光素子４０での受光結果に基づいて、投射する画像を補正すれば、凹凸を有する被投射面Ｓ０であっても、被投射面Ｓ０の全面で形状面での歪みを補正した適正な画像を表示することができる。
【００３５】
また、本形態の投射型表示装置１００では、投射光学系１２０のｆ値と撮像レンズ２のｆ値とが等しい。また、撮像レンズ２は、筐体１４０のうち、投射光学系１２０に近い位置に配置されている。さらに、投射光学系１２０の光軸と撮像レンズ２の光軸とは平行である。さらにまた、投射型表示装置本体１１０において、投射光学系１２０を変位させて投射光学系１２０の光軸の向きを調整した際、撮像装置１において、撮像レンズ２は、投射光学系１２０と同一方向に変位するように構成されているため、投射光学系１２０の光軸の向きを調整した場合でも、投射光学系１２０の光軸と撮像レンズ２の光軸とは常に平行である。このため、投射光学系１２０が画像を投射しようとする領域を撮像装置１で確実に監視することができる。
【００３６】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、表示情報処理回路１００２の画像補正部１００５が、画像の補正を行って、形状的な歪みを補正する構成であったが、被投射面Ｓ０の凹凸や撓み等の歪み等が存在する部位Ｓ１、Ｓ２に向けて投射される画像部分の補正を行い、かかる部位Ｓ１、Ｓ２でのピントずれに起因する画像の劣化を緩和するような補正を行う構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１・・撮像装置、２・・撮像レンズ、３・・マイクロレンズアレイ、４・・受光素子アレイ、３０・・マイクロレンズ、４０・・受光素子、１００・・投射型表示装置、１１０・・投射型表示装置本体、１２０・・投射光学系、１３０・・画像生成部、１４０・・筐体、１４１・・前面部、１４２・・角筒状胴部、１００２・・表示情報処理回路、１００５・・画像補正部、Ｓ０・・被投射面
【図１】
2014126644.tif 000003
【図３】
2014126644.tif 000004
【図２】
2014126644.tif 000005