(57)【要約】【課題】スクリーン境界内に対する人体または物体の侵入を高い精度で確実に検出する。【解決手段】スクリーン３に表示される投射画像４の外周に設定された走査経路５上を検出光Ｍが周回するように走査させ、その反射光Ｈを受光素子で受光し、この受光素子から出力された検出信号に基づいて、検出光Ｍの走査範囲内に対する物体の侵入を検出する。この物体の侵入が、最小検出サイズに対応して設定された設定回数だけ、かつ連続して検出されたときに、レーザ光Ｓの投射を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光を表示画像に応じて変調し、スクリーンに投射して投射画像を表示する投射手段と、
前記スクリーンに対する物体の侵入検知に用いる検出光を照射する検出光源と、
前記検出光が前記投射画像の外側で全周を周回するように、または前記投射画像の一部の辺の外側を走査するように前記検出光を走査させる走査手段と、
前記検出光を受光し、受光量に応じた検出信号を出力する受光手段と、
前記検出信号に基づいて、前記検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定し、この判定結果に応じて前記レーザ光源の出力を低下させ、または前記レーザ光の出力を停止させる制御手段を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記物体が侵入中であるという判定が、予め設定された設定回数以上、かつ連続でなされたときに前記レーザ光の出力を低下させ、または前記レーザ光の出力を停止させることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記走査範囲内への侵入の検出対象となる物体の侵入方向の最小検出サイズをＬ、前記設定回数をＣ、前記物体の最高移動速度をＳとしたとき、前記検出光が前記投射画像の外側で全周を１周するのに要する時間、または、前記投射画像の一部の辺の外側を走査するのに要する時間Ｔは、下記式より求められることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
式：Ｔ＝（Ｌ／Ｓ）／Ｃ
【請求項４】
前記検出光と異なる波長域を有する第２検出光を照射する第２検出光源と、
前記第２検出光を前記検出光に対し一定の時間差を置いて、同じ走査経路上で走査させる第２走査手段と、
前記第２検出光を受光し、受光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光手段を設け、
前記制御手段は、前記第２検出信号に基づいて、前記第２検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定し、前記検出光及び前記第２検出光の両方で前記物体が侵入中であると判定したときに、前記レーザ光の出力を低下させ、または前記レーザ光の出力を停止させることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記時間差は、前記検出光及び前記第２検出光が同時に照射可能な前記物体の最小検出サイズに対応することを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記検出光と異なる波長域を有する第２検出光を照射する第２検出光源と、
前記第２検出光を前記検出光の走査経路の外側で並列して走査させる第２走査手段と、
前記第２検出光を受光し、受光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光手段を設け、
前記制御手段は、前記第２検出信号に基づいて、前記第２検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定し、前記検出光及び前記第２検出光の両方で前記物体が侵入中であると判定したときに、前記レーザ光の出力を低下させ、または前記レーザ光の出力を停止させることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記検出光と第２検出光の間隔は、前記検出光及び前記第２検出光が同時に照射可能な前記物体の最小検出サイズに対応することを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記受光手段または前記第２受光手段は、前記検出光または前記第２検出光を受光する受光部が前記スクリーンを向くように配置され、前記検出光または前記第２検出光の反射光を受光することを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記受光手段または前記第２受光手段は、前記投射画像の近傍に配置され、かつ前記検出光または前記第２検出光を受光する受光部が、前記検出光または前記第２検出光の出射方向に向けられていることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源は、赤色、緑色、青色のいずれか、またはこれらの色を組み合わせた色のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記検出光または前記第２検出光は、前記投射手段と共通の光学系を用いて投射されることを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記検出光源または第２検出光源は、赤外線レーザ出力器または赤外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記請求項１２記載のスクリーンにおいて、
透明基材と、前記透明基材の少なくとも一方の面に設けられる赤外線反射層とから構成されることを特徴とするスクリーン。
【請求項１４】
前記透明基材は、蛍光体粒子が混入されたプラスチックフイルム、または少なくとも一方の面に蛍光体粒子が塗布されたプラスチックフイルムからなり、前記蛍光体粒子は、前記レーザ光に含まれる紫外線によって励起されて発光し、前記投射画像を表示することを特徴とする請求項１３記載のスクリーン。
【請求項１５】
表示画像に応じて変調されたレーザ光がスクリーンに投射されて表示された投射画像の外側で全周を周回するように、または前記投射画像の一部の辺の外側を走査するように検出光を走査させるステップと、
前記検出光を受光し、受光量に応じた検出信号を出力するステップと、
前記検出信号に基づいて、前記検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定するステップと、
前記走査範囲内に物体が侵入中であると判定されたときに、前記レーザ光の出力を低下させ、あるいは前記レーザ光の照射を停止させるステップを備えることを特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置及び方法、及びスクリーンに関し、更に詳しくは、レーザ光を用いてスクリーン上に画像を表示する投射型の画像表示装置及び方法、及びスクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から照射された照明光を例えば液晶パネル等の空間光変調素子により表示画像に応じて変調し、この変調された照明光を投射光学系によりスクリーン上に投射して、画像を表示する投射型の画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、表示画像の輝度向上を図るため、照明光にレーザ光を使用する画像表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
更に、投射された画像をスクリーンの両面から視認できるようにするため、または投射された画像とスクリーンの背後の物体とを重ね合わせて視認できるようにするため、従来の白色スクリーンに代えて、透明なスクリーンを用いる画像表示装置も発明されている（例えば、特許文献３、４参照）。
【０００４】
照明光にレーザ光を用いた場合、スクリーン境界内に入り込んだ人体または物体にレーザ光が照射されることがある。特に人体の瞳に入射した場合、角膜、網膜等に障害を引き起こす危険性がある。そこで、上記特許文献２記載の発明では、投射レンズの近傍にフォトカプラを配置し、人体や物体を検出したときに空間光変調素子を制御して全面を黒色に表示している。
【０００５】
また、特許文献５記載の発明では、ライン状の非可視光をスクリーン上で走査させ、その反射光をセンサで受光し、反射光の変化に基づいて投射した照明光の遮断または減光を行なっている。更に、特許文献６記載の発明では、スクリーンの外周よりも大きく設定された監視領域内でパイロットレーザをラスタ走査させ、その反射光の変化に基づいて人体または物体の侵入及び侵入位置を感知し、その侵入位置に対する画像表示用レーザ光を遮断または減光している。
【特許文献１】特開平１１−０３８５０６号公報
【特許文献２】特開２００２−００６３９７号公報
【特許文献３】ＵＳ２００５／０２３１６５２  Ａ１
【特許文献４】特開２００６−２２７５８１号公報
【特許文献５】特開２００５−１７３０９７号公報
【特許文献６】特許第２９９４４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献５記載の発明は、人体または物体の検知範囲がスクリーン上であるため、短時間ではあるが画像表示用のレーザ光が照射されてしまう。また、ライン状の非可視光で走査を行なっているため、正確な侵入位置を検知することが難しく、侵入位置だけレーザ光の照射を停止することは難しい。また、特許文献５、６共通の問題として、物体の大きさや移動速度等に基づく検知が行なわれないため、昆虫やほこり等の微小な物体による誤検知が多くなり、画像表示が頻繁に停止するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するために、スクリーン境界内に対する人体または物体の侵入を高い精度で確実に検出する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の画像表示装置は、レーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光を表示画像に応じて変調し、スクリーンに投射して投射画像を表示する投射手段と、スクリーンに対する物体の侵入検知に用いる検出光を照射する検出光源と、検出光が投射画像の外側で全周を周回するように、または投射画像の一部の辺の外側を走査するように検出光を走査させる走査手段と、検出光を受光し、受光量に応じた検出信号を出力する受光手段と、検出信号に基づいて、検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定し、この判定結果に応じてレーザ光源の出力を低下させ、またはレーザ光の出力を停止させるようにしたものである。
【０００９】
また、制御手段は、物体が侵入中であるという判定が、予め設定された設定回数以上、かつ連続でなされたときにレーザ光の出力を低下させ、またはレーザ光の出力を停止させるようにしたものである。
【００１０】
また、走査範囲内への侵入の検出対象となる物体の侵入方向の最小検出サイズをＬ、設定回数をＣ、物体の最高移動速度をＳとしたとき、検出光が投射画像の外側で全周を１周するのに要する時間、または投射画像の一部の辺の外側を走査するのに要する時間Ｔは、Ｔ＝（Ｌ／Ｓ）／Ｃにより求めるようにしたものである。
【００１１】
また、検出光と異なる波長域を有する第２検出光を照射する第２検出光源と、第２検出光を検出光に対し一定の時間差を置いて、同じ走査経路上で走査させる第２走査手段と、第２検出光を受光し、受光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光手段を設け、制御手段は、第２検出信号に基づいて、第２検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定し、検出光及び第２検出光の両方で物体が侵入中であると判定したときに、レーザ光の出力を低下させ、またはレーザ光の出力を停止させるようにしたものである。なお、時間差は、検出光及び第２検出光が同時に照射可能な物体の最小検出サイズに対応させることが好ましい。
【００１２】
また、検出光と異なる波長域を有する第２検出光を照射する第２検出光源と、第２検出光を検出光の走査経路の外側で並列して走査させる第２走査手段と、第２検出光を受光し、受光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光手段を設け、制御手段は、第２検出信号に基づいて、第２検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定し、検出光及び第２検出光の両方で物体が侵入中であると判定したときに、レーザ光の出力を低下させ、またはレーザ光の出力を停止させるようにしたものである。なお、検出光と第２検出光の間隔は、検出光及び第２検出光が同時に照射可能な物体の最小検出サイズに対応させることが好ましい。
【００１３】
また、受光手段または第２受光手段は、検出光または第２検出光を受光する受光部がスクリーンを向くように配置され、検出光または第２検出光の反射光を受光するようにしたものである。
【００１４】
また、受光手段または第２受光手段は、投射画像の近傍に配置され、かつ検出光または第２検出光を受光する受光部が、検出光または第２検出光の出射方向に向けられるようにしてもよい。
【００１５】
また、レーザ光源は、赤色、緑色、青色のいずれか、またはこれらの色を組み合わせた色のレーザ光を照射することが好ましい。
【００１６】
また、検出光または第２検出光の投射には、投射手段と共通の光学系を用いてもよい。
【００１７】
また、検出光源または第２検出光源として、赤外線レーザ出力器または赤外線発光ダイオードを用いることが好ましい。
【００１８】
また、検出光として赤外光を用いる場合には、透明基材と、透明基材の少なくとも一方の面に設けられる赤外線反射層とからスクリーンを構成するのが好ましい。また、透明基材としては、蛍光体粒子が混入されたプラスチックフイルム、または少なくとも一方の面に蛍光体粒子が塗布されたプラスチックフイルムを用い、蛍光体粒子は、レーザ光に含まれる紫外線によって励起されて発光し、投射画像を表示するものを用いてもよい。
【００１９】
また、本発明の画像表示方法は、表示画像に応じて変調されたレーザ光がスクリーンに投射されて表示された投射画像の外側で全周を周回するように、または投射画像の一部の辺の外側を走査するように検出光を走査させるステップと、検出光を受光し、受光量に応じた検出信号を出力するステップと、検出信号に基づいて、検出光の走査範囲内に対する物体の侵入の有無を判定するステップと、走査範囲内に物体が侵入中であると判定されたときに、レーザ光の出力を低下させ、あるいはレーザ光の照射を停止させるステップを備えるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、人体または物体が検出光の走査範囲内に侵入したことを検出してレーザ光の出力を低下させ、あるいは出力を停止させることができるので、人体や物体に対するレーザ光の照射による悪影響を防止することができる。
【００２１】
また、物体の侵入が複数回、かつ連続して発生したときにレーザ光の出力低下または照射停止を行なうようにしたので、小さい物体、移動速度の速い物体等、いわゆる埃や昆虫等の誤検出を防止することができる。
【００２２】
更に、複数の検出光を用いて侵入検出を行なうことにより、サイズの大きなスクリーンでも小さい物体、移動速度の速い物体等の誤検出を防止することができる。
【００２３】
更に、透明なスクリーンにも容易に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に示すように、本発明の画像表示装置２は、筐体内部でレーザ光を表示画像に応じて変調し、この変調されたレーザ光Ｓをスクリーン３に投射する。スクリーン３は、一般的な白色の不透明なもので、レーザ光Ｓが投射されることにより、投射画像４を表示する。また、画像表示装置２とスクリーン３との間に侵入する人体または物体を検出するため、投射画像４の外側で全周を周回するように設定された走査経路５に沿って検出光Ｍを照射し、この検出光Ｍがスクリーン３で反射された反射光Ｈを受光する。
【００２５】
図２に示すように、画像表示装置２は、各部を制御するメイン制御回路７と、赤色、緑色、青色のレーザ光Ｓを出力するレーザ出力器８と、レーザ光Ｓを表示画像に応じて変調スクリーン３に投射する投射部９と、投射部９とスクリーン３との間に対する人体や物体等の親友を検出する検出部１０から構成されている。メイン制御回路７は、例えば、ＣＰＵと動作プログラムが記憶されたＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータから構成されている。
【００２６】
投射部９は、レーザ光Ｓを表示画像に応じて変調する空間光変調素子と、変調されたレーザ光Ｓをスクリーン３に投射する光学系とを備えている。空間光変調素子としては、液晶パネルやデジタルミラーデバイス等が用いられる。
【００２７】
検出部１０は、発光素子１３と、検出光Ｍを投射画像４の外周で周回するように走査させる走査部１４と、スクリーン３で反射された検出光Ｍの反射光Ｈを受光する受光素子１５と、メイン制御回路７により制御されて検出部１０内の各部を制御する制御部１６から構成されている。
【００２８】
発光素子１３は、例えば赤外線レーザ出力器や赤外線発光ダイオード等からなり、赤外線の検出光Ｍを照射する。これにより、検出光Ｍはユーザーに視認されることはなく、投射画像４に影響はない。走査部１４には、例えばポリゴンミラー等が用いられ、発光素子１３から照射された検出光Ｍを走査経路５に沿って走査する。受光素子１５は、例えばフォトダイオードからなり、検出光Ｍの波長域の赤外線だけを受光して受光量に応じた検出信号をメイン制御回路７に入力する。
【００２９】
メイン制御回路７は、受光素子１５の検出信号が低いとき、すなわち検出光Ｍまたは反射光Ｈが人体や物体に遮られたときに、検出光Ｍの走査範囲内に人体や物体が侵入中であると判定する。そして、この侵入中であるという判定が、例えば３回連続してなされたときに、レーザ出力器８を制御してレーザ光Ｓの出力を停止させる。
【００３０】
図３に示すように、例えば、スクリーン３に投射される投射画像４が縦３００ｍｍ×横４００ｍｍの長方形であるとき、走査経路５は投射画像４に対して各辺で５０ｍｍ外側の縦４００ｍｍ×横５００ｍｍの長方形を有する。
【００３１】
画像表示装置２とスクリーン３との間に侵入されやすい物体を人体の指であると仮定し、平均的な指の太さ１２ｍｍを物体の最小検出サイズ（以下同じ）としている。また、指の移動時の最高速度は、例えば１０ｍ／ｓと仮定する。なお、最小検出サイズとは、検出可能な物体の最小サイズを意味し、この最小検出サイズ以上の大きな物体を検出し、このサイズ未満の物体を検出しないことを意味する。このように、最小検出サイズを設定するのは、虫や埃等を検出することにより投影が中止されるのを防止するためである。なお、最小検出サイズとして、人体の指の平均的太さ１２ｍｍを用いたが、投影位置、投影状況等に応じて任意に設定可能である。
【００３２】
最小検出サイズＬ、物体の移動速度Ｓ、メイン制御回路３がレーザ光Ｓを停止させる際の進入判定回数をＣとしたとき、検出光Ｍが走査経路５を１周するのに必要な走査時間Ｔは、Ｔ＝（Ｌ／Ｓ）／Ｃで求めることができる。この数式に、Ｌ＝１２ｍｍ，Ｓ＝１０ｍ／ｓ，Ｃ＝３を代入すると、走査時間Ｔは０．４ｍｓとなる。
【００３３】
図３のフローチャートに示すように、メイン制御回路７は、制御部１６を制御して発光素子１３を発光させ、検出光Ｍを走査部１４によって走査経路５に沿って走査させる。次いで、レーザ出力器８を動作させ、投射部９によりスクリーン３に投射画像４を投射させる。なお、先に検出光Ｍの照射を開始するのは、レーザ光Ｓの照射前に人体や物体の侵入を検出するためである。
【００３４】
検出光Ｍは、スクリーン３に反射されて反射光Ｈとなり、受光素子１５に受光される。受光素子１５は、受光量に応じた検出信号をメイン制御回路７に入力する。メイン制御回路７は、入力された検出信号の値に基づいて人体や物体の侵入判定を行なう。そして、検出光Ｍの走査範囲内に侵入中であるという判定が３回連続してなされたときに、メイン制御回路７はレーザ出力器８を制御してレーザ光Ｓの出力を停止させる。これにより、レーザ光Ｓの照射により人体や物体に悪影響が及ぶことはない。また、最小検出サイズ以下の物体や、想定している移動速度よりも速い物体は検出されないので、ほこりや昆虫等の誤検出を防止することができる。
【００３５】
以後、検出信号による侵入判定を継続し、人体や物体の侵入がない、または侵入中であるという判定が３回未満であるときに、レーザ光Ｓの照射が再開され、スクリーン３に投射画像４が表示される。
【００３６】
なお、上記実施形態では、侵入中という判定結果が所定回数、かつ連続して得られたときにレーザ光Ｓの出力を停止するようにしたが、例えば、１００インチ以上の大きなスクリーンに投射を行なう画像表示装置の場合、検出光Ｍの１周の走査時間Ｔが長くなり、設定回数Ｃを少なくしても最小検出サイズＬ＝１２ｍｍが検出できない場合が考えられる。この場合には、複数の検出光を用いて人体や物体の侵入を検出するとよい。
【００３７】
図４に示す画像表示装置２０は、第１検出光Ｍ１を照射する第１発光素子２１と、第１検出光Ｍ１とは異なる波長帯の第２検出光Ｍ２を照射する第２発光素子２２と、第１検出光Ｍ１の反射光Ｈ１だけを受光する第１受光素子２３と、第２検出光Ｍ２の反射光Ｈ２だけを受光する第２受光素子２４を有する侵入検出部２５を備えている。メイン制御回路７は、第１受光素子２３及び第２受光素子２４から入力される第１検出信号及び第２検出信号のそれぞれに基づいて、物体の侵入を判定する。
【００３８】
図５に示すように、第１検出光Ｍ１及び第２検出光Ｍ２は、走査部１４によってスクリーン３の走査経路５上を周回される。このとき、第２検出光Ｍ２は、第１検出光Ｍ１に対して最小検出サイズＬに相当する時間差に、走査速度を乗算して得られる距離Ｖだけ遅れて走査されている。
【００３９】
図６に示すように、メイン制御回路７は、第１検出信号及び第２検出信号による判定結果が両方とも侵入中であるときに、レーザ出力器８を制御してレーザ光Ｓの出力を停止させる。これにより、スクリーンサイズの大きな画像表示装置であっても最小検出サイズの物体を検出することができ、かつ最小検出サイズ以下の物体や、想定している移動速度よりも速い物体の誤検出を防止することができる。
【００４０】
また、複数の検出光を用いて物体の侵入を検出する場合、図７に示すように、第１検出光Ｍ１の第１走査経路５の外側に第１検出光Ｍ２の第２走査経路３０を設定し、第１検出光Ｍ１と第２検出光Ｍ２を並列させて周回させてもよい。そして、上記実施形態と同様に、第１検出光Ｍ１と第２検出光Ｍ２の両方で侵入中という判定結果が得られたときに、レーザ光を停止させる。このとき、走査経路５と走査経路３０の間隔Ｗを最小検出サイズにすれば、最小検出サイズ以下の誤検出を防止することができる。
【００４１】
また、図８に示すような、透明なプラスチックフイルム３５に蛍光体粒子３６が混入されたスクリーン３７を用いる場合は、検出光Ｍがスクリーン３７を透過してしまい、反射光Ｈが受光素子に入射されなくなる。この際には、透明プラスチックフイルム３５の少なくとも一方の面に透明な赤外線反射層３８を形成するとよい。あるいは、図９に示すように、走査経路５に沿って受光素子４０を設けてもよい。
【００４２】
なお、上記実施形態では、検出光を反時計方向に周回させたが、時計方向に周回させてもよい。また、周回させずに、物体の侵入が発生しやすい投射画像４の側辺の外側で往復走査させてもよい。更に、レーザ光Ｓと検出光Ｍの投射に別々の光学系を用いたが、共通の光学系で投射してもよい。また、レーザ光を停止させるようにしたが、人体等に影響がなくなる程度まで出力を低下させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を用いた画像表示装置の外観斜視図である。
【図２】画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図３】物体侵入判定の手順を示すフローチャートである。
【図４】２系統の検出光を用いる画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１検出光と第２検出光に時間差を設けて走査させる例を示すスクリーンの正面図である。
【図６】時間差を有する第１検出光と第２検出光を用いて物体侵入判定を行なう手順を示すフローチャートである。
【図７】第１検出光と第２検出光を並列に走査させる例を示すスクリーンの正面図である。
【図８】透明なプラスチックフイルムで形成されたスクリーンの断面図である。
【図９】受光素子を有するスクリーンの正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
２，２０  画像表示装置
３，３７  スクリーン
４  投射画像
５  走査経路
７  メイン制御回路
８  レーザ出力器来
９  投射部
１０  侵入検出部
１３  発光素子
１４  走査部
１５，４０  受光素子
２１  第１発光素子
２２  第２発光素子
２３  第受光素子
２４  第２受光素子
３０  第２走査経路
３５  プラスチックフイルム
３８  赤外線反射層
Ｓ  レーザ光
Ｍ  検出光
Ｈ  反射光
【図１】
2008249783.tif 000003
【図２】
2008249783.tif 000004
【図３】
2008249783.tif 000005
【図４】
2008249783.tif 000006
【図５】
2008249783.tif 000007
【図６】
2008249783.tif 000008
【図７】
2008249783.tif 000009
【図８】
2008249783.tif 000010
【図９】
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