(57)【要約】【課題】  遠距離のみならず、近距離投影においてもスクリーン全域に亘ってピントの合った画像を得ること。【解決手段】  投影レンズ３を介してスクリーン２に画像を投影するプロジェクタ装置において、スクリーン２までの距離に応じて発生する投影レンズ３の像面湾曲の影響を受け難い投影方法を選択する傾き調整手段８を具備することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影レンズを介してスクリーンに画像を投影するプロジェクタ装置において、
上記スクリーンまでの距離に応じて発生する上記投影レンズの像面湾曲の影響を受け難い投影方法を選択する投影方法切替手段を具備することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項２】
上記投影方法切替手段は、上記スクリーン上の法線と上記投影レンズの光軸とのなす角度を切換えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】
上記角度の切換えによって生じる台形歪みを補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ装置。
【請求項４】
上記投影方法切替手段は、上記投影レンズの全光束のうち、像面湾曲の影響を受け難い領域を通過する光線群によって形成される縮小画像に切換えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項５】
投影レンズを介してスクリーンに画像を投影するプロジェクタ装置において、
上記スクリーンまでの距離に応じて発生する上記投影レンズの像面湾曲の影響を受け難い投影面角度を選択可能としたことを特徴とするスクリーン装置。
【請求項６】
上記スクリーンは、投影面角度と共に、投影面の大きさを切換え可能としたことを特徴とする請求項５記載のスクリーン装置。
【請求項７】
投影面に光学像を投影するプロジェクタ装置において、
投影光軸を水平よりも下方へ任意角度傾けるティルト手段と、
上記投影される光学像の台形歪を除去する台形歪除去手段と、
を具備することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項８】
上記投影面までの距離を検出する距離検出手段と、
この距離検出手段から出力される距離データに基いて、上記ティルト手段および上記台形歪除去手段を制御する制御手段とを更に具備することを特徴とする請求項７記載のプロジェクタ装置。
【請求項９】
上記プロジェクタ装置の出力光束の輝度レベルを下げることが可能な出力制御手段を更に備え、
上記制御手段は、上記距離データに基いて上記ティルト手段を制御すると共に、出力光束の輝度レベルを制御することを特徴とする請求項８記載のプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル画像を再生するためにスクリーンに対し、投影レンズを介して強い光の像を投射、結像させて鑑賞するいわゆるプロジェクタシステムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル画像を再生するために、プロジェクタから放たれた強い光の像をスクリーン上に投射、結像させて鑑賞するいわゆるプロジェクタシステムが知られている。このようなプロジェクタシステムに用いられるプロジェクタは適切なスクリーンと組み合わせることによってより効果的で美しい画像再生が可能となる。
【０００３】
フロントプロジェクタの場合、上記スクリーンとプロジェクタとの距離を変化させて画像の大きさや明るさなどを変化させて楽しむ自由度が魅力となっている。それゆえ、小型化することにより、どこにでも持ち運べる大画面再生手段としての価値が評価されつつある。このようなプロジェクタ用のスクリーンのうち、投射距離に応じた効果を奏するものが知られている (特許文献１及び２参照)。
【特許文献１】特開２０００−３４７２９７号
【特許文献２】特許第３４００８８９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらのスクリーンは、ホログラム効果を出すものであったり、外光の影響を除去するものであって、遠距離のみならず、近距離投影においてもスクリーン全域に亘ってピントの合った画像を得ることはできなかった。  
本発明は、遠距離のみならず、近距離投影においてもスクリーン全域に亘ってピントの合った画像が得られるプロジェク装置及びこのプロジェクタ装置に用いられるスクリーン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載のプロジェクタ装置は、投影レンズを介してスクリーンに画像を投影するプロジェクタ装置において、上記スクリーンまでの距離に応じて発生する上記投影レンズの像面湾曲の影響を受け難い投影方法を選択する投影方法切替手段を具備することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載のプロジェクタ装置は、請求項１記載の投影方法切替手段は、上記スクリーン上の法線と上記投影レンズの光軸とのなす角度を切換えることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載のプロジェクタ装置は、請求項２記載の角度の切換えによって生じる台形歪みを補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載のプロジェクタ装置は、請求項１記載の投影方法切替手段は、上記投影レンズの全光束のうち、像面湾曲の影響を受け難い領域を通過する光線群によって形成される縮小画像に切換えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載のスクリーン装置は、投影レンズを介してスクリーンに画像を投影するプロジェクタ装置において、上記スクリーンまでの距離に応じて発生する上記投影レンズの像面湾曲の影響を受け難い投影面角度を選択可能としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載のスクリーン装置は、請求項５記載のスクリーンは、投影面角度と共に、投影面の大きさを切換え可能としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載のプロジェクタ装置は、投影面に光学像を投影するプロジェクタ装置において、投影光軸を水平よりも下方へ任意角度傾けるティルト手段と、上記投影される光学像の台形歪を除去する台形歪除去手段と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載のプロジェクタ装置は、請求項７記載の投影面までの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段から出力される距離データに基いて、上記ティルト手段および上記台形歪除去手段を制御する制御手段とを更に具備することを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載のプロジェクタ装置は、請求項８記載のプロジェクタ装置の出力光束の輝度レベルを下げることが可能な出力制御手段を更に備え、上記制御手段は、上記距離データに基いて上記ティルト手段を制御すると共に、出力光束の輝度レベルを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、遠距離のみならず、近距離投影においてもスクリーン全域に亘ってピントの合った画像が得ることができるので、遠距離から近距離まで投影鑑賞範囲をとることができ、大きな画面や小さな画面まで、また、大きな部屋から小さなスペースまで、いろいろなシーンできれいな画像を楽しむことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１はプロジェクタ装置を示す。図において、１はプロジェクタ本体、２は影像を投射して拡大表示するスクリーンである。プロジェクタ本体１内は、画像を投射するための投影レンズ３、画像を形成する反射型画像形成手段４、光源５等を有する。
【００１６】
この光源５からの光はミラー５ａを介して無数の画素ミラーからなる反射型画像形成手段４に投射される。この反射型画像形成手段４の画素ミラーは、各画素を投射する像信号に従って画像形成手段６によって切換制御される。
【００１７】
画像形成手段６は、ＤＶＤプレーヤーやＰＣなど外部から入力された入力画像信号７に従って反射型画像形成手段４を切換えるが、状況に応じてその画像を加工したり補正したりする。なお、画像形成手段６は透過式の液晶などでもよい。
【００１８】
また、１２はユーザーの操作を入力するスイッチである。ＣＰＵ１０はこのスイッチ１２の状態を検出して、光源５及び上記画像形成手段６を制御するもので、例えばマイクロコントローラー等からなる。このＣＰＵ１０は投射状態を検出して、前述の画像の加工、補正を画像形成手段６に行なわせる。この投射状態の判定は、ユーザーのスイッチ操作によって切換えてもよいし、オートフォーカス手段（ＡＦ）１１の結果を利用してもよい。
【００１９】
オートフォーカス手段１１は、投影レンズの位置制御や判定をレンズ位置制御手段３ａを介して行うことによって、投影レンズのピント合せをしたり、投影レンズの繰り出し状態を検出する。ＣＰＵ１０はこのような投射状態判定によって、プロジェクタ本体１の傾きを調整する。具体的には、ＣＰＵ１０は傾き調整手段(投影方法切替手段)８を介してモーター８ａを動かして、調整用スタンド９の作動を制御することにより、プロジェクタ本体１の傾きを調整する。
【００２０】
次に、図２、図３を用いて、本発明が対策する投影レンズの像面湾曲による画像の劣化を説明する。
【００２１】
図２（ａ）は、比較的遠い距離ｌ1 のスクリーン２に対してプロジェクタ１が投影レンズ３を介して反射型画像形成手段４からの像を投射している時の図である。
【００２２】
この場合、レンズ３の光軸付近がピント合わせする位置がスクリーン２の上にあったとしても、レンズ３の中心（光軸上）と周辺ではピントの合う距離が異なる(これは、像面湾曲と呼ばれる）。こりにより、画面の上部ではΔＺ1、下部ではΔＺ2 のピントずれが発生する。このようなピントずれを小さくして許容蓋内に収めるようなレンズ設計を行うが、所定の条件以外ではこの影響を小さく押さえる事は難しい。
【００２３】
特に、図２（ｂ）のように、一般に利用される距離以外の距離のスクリーン２（ここでは近距離）に対して投影を行おうとすると、図のようなΔＺ3 のピント位置差が許容量を越えてしまうことがある。
【００２４】
つまり、図３のように投影画像２の中で、大部分の領域はピントが合って見えるのに周辺部の文字２０ａがボケてしまうような状況になりがちであった。
【００２５】
そこで、このようなピントのずれを軽減する方法として、本発明では、図２（ｃ）以下のような方法を提案している。
【００２６】
つまり、図２（ｃ）は、スクリーン２をθだけ傾けて、画面上部のΔＺ3 の量を許容内のΔＺ4 に軽減するものである。
【００２７】
また、このスクリーン２の角度は、プロジェクタ１との相対的な角度を変えればいいものなので、図２（ｄ）のように、プロジェクタ１の方をθだけ傾けてもよい。この時図１の調整用スタンド９として示した後方の脚部を繰り出して行けばプロジェクタ１は前の方に傾き、やはり、図２（ｂ）ではΔＺ3 であったピント量をΔＺ4 に軽減することができる。
【００２８】
また、図２（ｅ）のように、ΔＺ4 以上にピントがずれる部分は不使用にしても、図３のように画面の一部がピントがずれるような問題を解決することができる。
【００２９】
次に、図４を参照して本発明の一実施の形態の動作を説明する。このフローチャートはＣＰＵ１０が実行するプログラムである。この実施の形態の基本概念は、図２（ｄ）を参照して前述した考え方は同じである。
【００３０】
図において、近距離投射であるかどうかを判定する(ステップＳ１)。このステップＳ１において、近距離投射であると判定された時には、調整用スタンド９の脚部を繰り出してプロジェクタをθだけ傾ける調整を行う(ティルト手段)(ステップＳ２)。この時、図５（ａ）のようにスクリーン２に２０のように始め投射されていた画面は、２１ａ部のボケをなくすように図５（ｂ）のように下方にシフトされる。
【００３１】
この時、上方遠い距離まで投射されていた光が近くで像を結ぶので、拡大率が十分でなくなり、図５（ｂ）の２０ａに示したような台形形状となるので、これが長方形に補正されるように台形補正を行なう(台形歪除去手段)（ステップＳ３）。これは、図５（ｃ）の２１のように図５（ｂ）の表示可能範囲２０ａのうち、台形となる三角の部分を利用せず、この中に像の全体が収まるように一部画像データを間引きしたりして画像を加工するものである。
【００３２】
また近距離投射時は同じ光量ではまぶしすぎるので、光量ダウンの制御をＣＰＵ１０が行うようにしてもよい（ステップＳ４）。なお、ステップＳ３，Ｓ４の制御はユーザーが気にならなければ行わなくてもよい。このように投射位置が変化する事に関しては、一般的な使用方と使い方が異なるので特に大きな問題にはならない。
【００３３】
つまり、一般的なプロジェクタは、図６（ａ）のように、遠距離の大きなスクリーン２に大画面２０を投射して多くの人がその画像を見るものである、
しかし、図６（ｂ）のように、少ない人数でも机上などで使うことがある。この場合、机の上に、スクリーンを置くことになるが図６（ｃ）のように図６（ａ）と同様の投射角では、小さなスクリーンでははずれてしまう部分が多くなり、大きなスクリーンが必要になる。
【００３４】
しかし、図６（ｂ）のような状況では持ち運びのしやすい小型のスクリーンが好ましく、プロジェクタ１が下方向に投射して図６（ｄ）のように投射した方がスクリーン２の全域を利用できてむしろ都合がよい。
【００３５】
ユーザーも机のすぐ上あたりを見て、話ができるので投射画面を下げる事は像面湾曲の問題がないとしてもむしろ好ましい。
【００３６】
このようにプロジェクタ１を傾ける機構を図７を参照して説明する。図７（ａ）において、８ａはモータである。このモーター８ａの回転によりギア８ｂ、ギア８ｃを介して、
ギア８ｃの軸に取り付けられた送りネジ８ｄが回転する。調整用スタンド９はプロジェクタ１の外装ケース１ａを貫通して外部に出没可能な脚部９aを有する。この脚部９ａの頭部は、内周面に送りネジ８ｄに噛み合う雌ねじが刻まれたナット部９ｂが一体に形成されている。
【００３７】
このようにモータ８ａの回転をＣＰＵ１０が制御して、脚部９ａをプロジェクタ１の外装ケース１ａの下方に繰り出させることにより、図４のステップＳ２のようにプロジェクタ１の傾きを制御することが可能となる。
【００３８】
以上説明したように本実施例によれば遠距離大画面から近距離小画面まで自由に楽しめ小さな机上設置スクリーンの全域を利用して投射ができ、なおかつ、レンズの特性によるピントの問題を解決して画面のすみずみまできれいにピントの合った画像を鑑賞が可能となる。
【００３９】
なお、調整用スタンド９は図７（ａ）のような複雑な機構でなくとも、図７（ｂ）（ｃ）のような足部９ｃを設けて、例えば表示部２０にその旨を表示しユーザーにその使用を促がすようにしてもよい（図７（ｄ））。この表示部２０への表示は、図１０を参照して後述するＡＦ回路で近距離と判定された場合に行うようにしてもよい。
【００４０】
また、図２（ｅ）のような考え方を利用しても、同様の効果を持ったプロジェクタを提供することができる。これは、図９のスクリーン２上２１ａ部のピントボケ部の光線を使わないようにするものである。元の画像を２０とすると、２１ａを使わない２１の縮小画像部のみを投射域とするものである。つまり、図１の画像形成手段６に画像の加工を行なわせ、本来２０の範囲に投射される画像を２１の大きさに縮小する。これは反射型画像形成手段４の周辺部は利用せず、それ以外の領域に集中して表示するもので、画像の間引き等の加工によってこのような効果を得る。
【００４１】
その時のＣＰＵ１０の動作を図８のフローチャートを参照して説明する。まず、近距離投射かどうかを判定する(ステップＳ５)。図２（ａ）のような状態ではなく、図２（ｂ）のような状態であればレンズ周辺のピントずれ問題を対策し、図９の２１ａで示したような問題を生じる領域を使用しないで投射を行うべく、図９の２１の領域のみを使った縮小表示を行う(ステップＳ６)。
【００４２】
そして、近距離時は反射光が明るすぎることを防ぐために、光量を減らしてまぶしさを低減する(ステップＳ７)。
【００４３】
以上説明したように本実施の形態によれば、遠距離投映時にも近距離投映時にも鑑賞する画面のすみずみにまでピントを合わせて表示できるプロジェクタが提供可能となる。これは、電気的な画像加工のみによって達成できるので、メカ部品や電気部品の増加なく、単純な構成で効果を得ることができる。
【００４４】
なお、近距離投射であるかどうかは、ユーザーがスイッチ操作で入力してステップＳ５の判定を行うようにしてもよいが、図１０の１１ａ，１１ｂのような構成のセンサ部を併設すれば三角測距の原理による距離検出を自動で行うことも可能である。
【００４５】
つまり、反射型画像形成手段４の一部から光を投影レンズを介してスクリーン２に投射しその時受光レンズ１１ａを介して、センサ１１ｂに入射する光の位置ｘを検出する。センサ１１ｂは、光位置検出素子でもよいし、センサアレイでもよい。
【００４６】
受光レンズ１１ａとセンサ１１ｂの距離をｆJ として、投影レンズ３と受光レンズ１１ａの主点間距離をＢとすると、Ｌ：Ｂ＝ｆJ ：ｘという関係となるので、反射光位置ｘを検出すればＬ＝Ｂ・ｆJ ／ｘという式でスクリーン距離Ｌが検出できる。
【００４７】
図１１のフローチャートを参照して、このような測距装置（図１のＡＦ手段１１に相当）を利用したピント合わせや画面の大きさを制御する動作について説明する。
【００４８】
図において、このような測距装置（図１のＡＦ手段１１に相当）を利用してスクリーン距離Ｌを求める（ステップＳ１０）。次に、このスクリーン距離Ｌに応じてピント合せを自動で行う（ステップＳ１１）。
【００４９】
さらに、スクリーン距離Ｌによって、所定の関数ｆ1(Ｌ)によって画面の縮小率Ｋ１を求める（ステップＳ１２）。そして、画面の大きさを縮小率Ｋ1に縮小する(ステップＳ１３)。
【００５０】
これにより図３で示したような画面周辺ピントの劣化を防止している。このような方法によって、光学設計上、どうしても画面周辺のピントが弱くなる距離では、その周辺域を利用しない投射に切換える事が可能となる。これによってにがてな距離のないフロントプロジェクタならではの設置性向上のメリットをユーザーに提供する事ができる。またにがてな距離がレンズの個々の出来ばえで変化する時には、メモリはその旨を記録して上記関数を変化させるようにしてもよい。
【００５１】
次に、また、距離の逆数の二乗に比例して、反射光量は大きくなるので、これを考慮した関数Ｋ２＝ｆ2(１／Ｌ)2 を求める(ステップＳ１４)。そして、光量をＫ２に制御する(ステップＳ１５)。
【００５２】
このようにして、遠距離でも近距離でも同じように見えるまぶしくないプロジェクタを提供することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ユーザーが切換え操作をしなくとも、プロジェクタの投影機能を利用した簡易な距離計を搭載してどのような距離においても自動でピントが合い、周辺のピントはずれもない誰にでも使え、設置の自由度の大きいプロジェクタを提供することができる。
【００５４】
前述した実施の形態はすべてプロジェクタ本体側からの改善のアプローチであったが、以下のように投射されるスクリーン側を改良したスクリーン装置について図１２乃至図１４を参照して説明する。
【００５５】
つまり、スクリーン装置は、図１２（ａ）のような分割された板部３０，３１、この板部３０，３１の一端の板表面に取り付けられたひんじ部３２、板部３０，３１及びひんじ部３２に亘って張られた伸縮するスクリーン２により構成される。そして、ひんじ部３２で曲げたり伸ばしたりして状況に応じて形状を切換えられるスクリーン２によって、前述の周辺部のピント問題を対策するようにしている。
【００５６】
以下、動作について説明する。図１２（ｂ）のように、ひんじ部３２を伸ばして、板部３０と板部３１を同一平面上にくるようにして支持部３１ａで自立させる。このようにすると、大型化してプロジェクタ１から離れた距離に対応した大画面用スクリーン２となる。この時には、先の像面湾曲は小さいのでスクリーン２は垂直でよい。
【００５７】
しかし、近距離時は像面湾曲の影響が出るので、このスクリーン２の面を垂直状態から変えて図２（ｃ）のように傾きを持たせるようにする。これが図１２（ｃ）の状態で、近距離なので画像が小さくなるのでスクリーン２の大きさは小さくてもよい。従って、ひんじ部３２を用いてスクリーン２が外側になるように曲げ、伸縮性のあるスクリーン２の弾力を利用して板部３１の下部の支持部３１ａに押し込んで、投影面の上方を前に出っぱらせた。これによって、近距離でも画面全体のピントを良好にした画像を楽しむことができる。
【００５８】
また、図１３（ａ）（ｂ）のように、スクリーン２の板部の上部を伸ばしたり曲げたりして、同様の考え方で遠距離用の面積が広くて垂直なスクリーンと近距離用の面積が狭いが、像面湾曲対策に傾けた効果のあるスクリーンを切換えて使い分けることができる。
【００５９】
この実施の形態では、スクリーン２は、上部の板部３０に設けられたとめ金３３にひっかけてたるみをとるようにしている。スクリーン２にはズボンのベルトのようにいくつかの穴３４が図１３（ｃ）のようにあけられており、とめ金３４をどこに入れるかによって、図１３（ａ）（ｂ）の状態を切換えることができる。この実施の形態は、図１２のものより、小型化はできないが、ひんじ部３２の構造を単純化することができる。
【００６０】
また携帯性を向上させるには、図１４のような実施の形態のようなスクリーン装置がよい。図１４（ａ）は遠距離で使用する状態であり、脚部３６ａ，３６ｂの上に、スクリーン２両端につけられた円柱部３５ａ，３５ｂが差し込まれている。持ち運び時には図１４（ｂ）のように脚３６ａ，３６ｂをはずして丸めてしまえばよい。このようなスクリーンを、近距離で利用する時には、図１４（ｃ）のように２つの円柱部３５ａ，３５ｂを当て付けて、第２の脚部３７ａ，３７ｂに嵌め込むようにすればスクリーン２のたるみによって、上部はふくらみ、下部は脚部でしぼまって丁度画面上部のピントはずれが解消される方向にスクリーン２が傾きを持つようになる。
【００６１】
このようなスクリーン装置によって、近距離でも遠距離でも画面全体にピントはずれがなく、しかも、小さくまとめて持ち運びが簡単なスクリーン装置を提供することが可能となる。
【００６２】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び応用が可能であることは勿論である。
【００６３】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件を削除した場合であっても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べた効果を得ることができる場合には、当該構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るプロジェクタ装置の全体構成を示す図。
【図２】同プロジェクタ装置の投影レンズの像面湾曲による画像の劣化を説明するための図。
【図３】同プロジェクタ装置の投影レンズの像面湾曲による画像の劣化を説明するための図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図５】同第１の実施の形態の動作を説明するための図。
【図６】同第１の実施の形態に係るプロジェクタ装置の使用形態を説明するための図。
【図７】同第１の実施の形態に係るプロジェクタ装置の調整用スタンドの詳細な構成を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図９】同第２の実施の形態の動作を説明するための図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の距離検出の原理を説明するための図。
【図１１】同第３の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の係るスクリーン装置の第１の実施の形態を示す図。
【図１３】同スクリーン装置の第２の実施の形態を示す図。
【図１４】同スクリーン装置の第３の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１…プロジェクタ本体、２…スクリーン、３…投影レンズ、４…反射型画像形成手段、５…光源、６…画像形成手段、９…調整用スタンド、１０…ＣＰＵ、１１…オートフォーカス手段。
【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】
2006330589.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006330589.tif 000011
【図１０】
2006330589.tif 000012
【図１１】
2006330589.tif 000013
【図１２】
2006330589.tif 000014
【図１３】
2006330589.tif 000015
【図１４】
2006330589.tif 000016