(57)【要約】【課題】画像の読取面と画像の投影面とを分離させることにより、安価でシンプルな構造の画像入出力装置を提供する。【解決手段】読取面６に存在する被写体像を撮像すると同時に映像を投影面８に結像させることが可能な画像入出力装置１０であって、被写体像を撮像する撮像素子２６と、映像を生成する光変調素子２０と、撮像光路を経由して被写体像を撮像素子２６に結像させ、且つ、撮像光路とは異なる投影光路を経由して光変調素子２０が生成した映像を投影面に投影するレンズ群２４とを設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像すると同時に、映像を投影面に結像させることが可能な画像入出力装置であって、
前記被写体像を撮像する撮像素子と、
前記映像を生成する光変調素子と、
撮像光路を経由して前記被写体像を前記撮像素子に結像させ、且つ、前記撮像光路とは異なる投影光路を経由して前記光変調素子が生成した映像を前記投影面に投影するレンズ群と、
を備えた画像入出力装置。
【請求項２】
前記撮像素子と、前記光変調素子とを、同一平面上に配置した請求項１に記載の画像入出力装置。
【請求項３】
前記撮像素子と前記光変調素子とを、前記レンズ群の光軸に対して対称な位置に配置した請求項１又は請求項２に記載の画像入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体像を撮像すると同時に映像を投影面に結像させる画像入出力装置に係り、特に、同一光学系を用いて被写体像の撮像と投影と映像とを同時に行うことが可能な画像入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクリーン上に画像を投射するだけでなく、スクリーン上に表示された情報を読み込むことを可能にした画像入出力装置が存在する。
【０００３】
この画像入出力装置の一例として、変調された光束をレンズシステムを介してスクリーンに投射する画像出力部と、同一のレンズシステムを介してスクリーンに表示されている画像情報を取得する画像入力部とを有する画像入出力装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１に記載の画像入出力装置を用いることにより、予め表示のために準備した画像情報φ１に加え、スクリーン上で追加された情報を含む画像情報を外界からの画像情報φ２を逆のルートで取り込むことができる。これにより、プレゼンテーション時に表示した画像データと、そのときにスクリーン上に追加された情報とをリンクして取得することができるとされている。
【特許文献１】特開２００３−４４８３９号公報（第４−５ページ、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の画像入出力装置の画像出力部には、光源が発した照射光の光束をＳ偏光に揃える偏光変換素子と、Ｓ偏光に揃えられた光束を偏光分離面を用いてＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）の方向に反射させる偏光ビームスプリッタと、照射光を反射する際に変調して画像情報を生成するＬＣｏＳと、変調によりＰ偏光した画像情報を透過する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから出射した画像情報をスクリーンに投影するレンズシステムとを備えている。
【０００６】
また、画像入力部には、スクリーン側から入射した光をレンズシステムを介して取得し、取得した画像情報のうちＳ偏光の画像情報を反射させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタで反射されたＳ偏光の画像情報を入射して電気信号の画像データに変換する撮像素子とを備えている。
【０００７】
特許文献１に記載の画像入出力装置では、同一の光路を用いてスクリーン上にＰ偏光した画像を投射し、スクリーン上に表示された情報を撮像素子を用いて読み込む構成であるために、１／４波長板及び偏光ビームスプリッタ等のなどの偏光系や、ハーフミラー系を光路に挿入する必要がある。更に、投射と撮像とで同一の光路を用いる場合には、投射面と読取面とが同一面となってしまうために、書画カメラとして使用することができないという不具合を生じていた。
【０００８】
この偏光系やハーフミラー系を用いずに、被写体像の撮像と映像の投影とを同時に行う場合には、従来は投射用の光学系と撮像用の光学系を別途独立して用意しなければならず、装置が大型化するとともに価格が上昇するという不具合を生じていた。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、画像の読取面と画像の投影面とを分離させることで、同一の光学系を用いながら偏光系やハーフミラー系を不要とし、安価でシンプルな構造の画像入出力装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、被写体像を撮像すると同時に映像を投影面に結像させることが可能な画像入出力装置であって、前記被写体像を撮像する撮像素子と、前記映像を生成する光変調素子と、撮像光路を経由して前記被写体像を前記撮像素子に結像させ、且つ、前記撮像光路とは異なる投影光路を経由して前記光変調素子が生成した映像を前記投影面に投影するレンズ群とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、画像入出力装置の前記撮像素子と前記光変調素子とを、同一平面上に配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、画像入出力装置の前記撮像素子と前記光変調素子とを、前記レンズ群の光軸に対して対称な位置に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、画像入出力装置において、一つのレンズ群を透過する光路のうち、被写体像を撮像素子に結像させる撮像光路と、光変調素子が生成した映像を投影させるための投影光路とを分けて使用することにより、一つのレンズ群を撮像光学系及び投影光学系として共用することができる。これにより、同一光学系を用いながら、被写体像を撮像しながら、同時に投影映像を投影面に結像させることが可能となる。
【００１４】
また、撮像光学系と投影光学系とを共用することにより、ビームスプリッタや偏光板等を用いずに、簡単な構造で安価な画像入出力装置を提供することがきる。
【００１５】
また、請求項２の発明によれば、画像入出力装置の撮像素子と光変調素子とを同一平面上に配置することにより、レンズ群から被写体までの距離と投影面までの距離とを同一にすることが可能となる。したがって、プレゼンテーションを実施する者が書類等の被写体を机上に置き、画像入出力装置がその被写体を撮像して被写体と同一面上の別の位置に映像を投影して表示することができる。
【００１６】
また、請求項３の発明によれば、画像入出力装置の撮像素子と前記光変調素子とをレンズ群の光軸に対して対称な位置に配置したので、被写体と投影映像との大きさを揃えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像入出力装置の外観斜視図である。
【００１９】
図１に示す画像入出力装置１０は机上４に載置されており、机上４の読取面６に存在する被写体像を撮像すると同時に、投影映像を投影面８に結像させることが可能となっている。画像入出力装置１０の画像入出力系の構成について、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態に係る画像入出力装置１０の画像入出力系の構成と、撮像光路及び投影光路とを示す図である。
【００２１】
図２に示すように、画像入出力装置１０は、照明光を発光する光源１２と、光源１２が発光した拡散光を集光し、より均一な照明光を光変調素子２０に照射するコンデンサーレンズ１４と、光源１２が発光した白色光の中から複数色の原色を時分割して透過させるカラーホイール１６と、各画素毎に設けられている可動式のマイクロミラーを揺動させることによりレンズ群２４に光を入射させて各原色毎の映像を生成する光変調素子２０と、光変調素子２０が生成した映像を机上４の投影面８に投影するレンズ群２４とを備えている。
【００２２】
光変調素子２０として、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることができる。このＤＭＤは、各マイクロミラーがそれぞれ投影面８上に表示される画像の各画素に対応しており、各マイクロミラーの傾斜角度を制御することで任意の画像を表示することができる。
【００２３】
具体的には、マイクロミラーからの反射光がレンズ群２４から外れる第１の傾斜角度と、マイクロミラーからの反射光がレンズ群２４に導かれる第２の傾斜角度との間で、各マイクロミラーの角度を選択的に制御することで、投影面８上に所望の映像を投影することができる。このＤＭＤの各マイクロミラーの角度制御は、後述する図３に示す映像変調信号出力手段１９６から供給される変調信号に基づいて行われる。
【００２４】
また、画像入出力装置１０のレンズ群２４は、机上４の読取面６に存在する被写体が発する光を入射して撮像素子２６に結像させる。撮像素子２６は、結像した光を光電変換して線順次の映像信号を出力する。図２に示す実施の形態では、光変調素子２０と撮像素子２６とが光軸ＣＬを挟んで対称に配置されている。その際、光変調素子２０と撮像素子２６の大きさ及び解像度は略等しいことが望ましい。大きさと解像度が等しければ、撮像素子で検出した画像情報をそのまま光変調素子で再現することにより、読取面６上の被写体を投影面状に等倍率で再現することができる。
【００２５】
なお、図２に示す実施形態では、光変調素子２０としてＤＭＤを用いた実施形態について説明したが、ＬＣｏＳや透過型の液晶表示素子、その他の光変調素子を用いることができる。
【００２６】
次に、画像入出力装置１０信号処理系の構成について、図３を用いて説明する。
【００２７】
図３は、画像入出力装置１０の信号処理系のブロック図である。
【００２８】
図３に示すように、画像入出力装置１０は、白色の光を発光させるための電力を光源１２に出力する発光制御手段１９５と、映像信号を入力して光変調素子２０の各画素毎に変調を行って映像を生成するための変調信号を光変調素子２０に出力するとともに、カラーホイール１６を回転させて所定の原色の光を光変調素子２０に照射させるための原色照射信号をカラーホイール１６に出力する映像変調信号出力手段１９６とを備えている。
【００２９】
また、画像入出力装置１０は、撮像素子２６が出力した線順次の映像信号を入力して、必要に応じて画像サイズの変更、シャープネス補正、ガンマ補正、コントラスト補正、ホワイトバランス補正等の画像処理を行うとともにデジタルの画像データに変換する画像処理手段１５１と、利用者が各種情報を入力するためのスイッチやカーソルボタン等から構成される入力手段１７０と、撮像素子２６が撮像した画像の映像信号を生成して外部の機器に出力する映像信号出力手段１７３と、画像入出力装置１０の全体を制御する情報処理手段１８０とを備えている。
【００３０】
また、画像入出力装置１０は、情報処理手段１８０が処理を実行する際に作業領域として用いるＲＡＭ１８１と、情報処理手段１８０が実行する処理プログラムや定数等の各種情報を記録するＲＯＭ１８３とを備えている。
【００３１】
画像入出力装置１０内の情報処理手段１８０、発光制御手段１９５、映像変調信号出力手段１９６、ＲＡＭ１８１、ＲＯＭ１８３、画角検出手段１９１、及び投影角取得手段１９２等を含む各周辺回路はバス１９９で接続されており、情報処理手段１８０にて実行される処理プログラムに基づいて各々の周辺回路を制御することが可能となっている。なお、情報処理手段１８０にて実行される処理プログラムは、記録媒体や通信によって提供することが可能である。また、各周辺回路はＡＳＩＣ等で構成することも可能である。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態に係る画像入出力装置１０の作用について説明する。
【００３３】
図２に示すように、本発明の実施の形態に係る画像入出力装置１０では、映像を生成する光変調素子２０と被写体像を撮像する撮像素子２６とが重ならないように配置している。このように、光変調素子２０と撮像素子２６とを配置することによって、被写体像を撮像素子２６上に結像させるための光の撮像光路と、光変調素子２０が生成した映像を投影面８に投影させるための光の投影光路とを、異なる光路として分離することができる。
【００３４】
このように、撮像光路と投影光路とを分離することによって、ハーフミラー系や偏光系の構成要素を用いることなく、シンプルな構造を用いて被写体像の撮像と映像の投影とを同時に行うことが可能となる。
【００３５】
また、撮像光路と投影光路とを分離することによって、読取面６と投影面８とが別の場所になるので、読取面６に配置した原稿を撮像してその出力を投影面８等に投影するという、所謂書画カメラとして使用することが可能となる。また、光変調素子２０の画素数と等しいかそれより多い画素数の撮像素子２６を用いることで、書画カメラとしても良好な映像を投影できる。また、画素数の多い撮像素子２６を用いると、画像処理手段１５１で電子的な拡大投影等の投影効果が得られる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施の形態について、図４を用いて説明する。
【００３７】
図４は、図２に示した光学経路に対し、光変調素子２０と撮像素子２６とを異なる平面内に配置した光学経路の実施の形態を示す図である。
【００３８】
光変調素子２０と撮像素子２６との位置関係や大きさの関係は、図２に示した実施形態に限定するものではなく、図４に示すように、光変調素子２０と撮像素子２６との位置をずらして配置するように構成してもよいし、光変調素子２０と撮像素子２６の大きさを必要に応じて変えるように構成してもよい。また、光軸ＣＬを、光変調素子２０又は撮像素子２６が跨ぐような構成としてもよい。また、撮像素子２６の前に倍率等を調整するリレー光学系を挿入しても良い。これにより種々の大きさの撮像素子２６を用いることができる。
【００３９】
次に、本発明の他の実施の形態について、図５を用いて説明する。
【００４０】
図５は、図２に示したレンズ群２４に代えて、絞り２８を用いたテレセントリック系のレンズ群２４Ｔを用いた実施形態を示す図である。
【００４１】
図５に示すように、テレセントリック系のレンズ群２４Ｔを用いても、撮像光路と投影光路とを分離することが可能となり、安価でシンプルな構造の画像入出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像入出力装置の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像入出力装置１０の画像入出力系の構成と、撮像光路及び投影光路とを示す図である。
【図３】画像入出力装置１０の信号処理系のブロック図である。
【図４】図２に示した光学経路に対し、光変調素子２０と撮像素子２６とを異なる平面内に配置した光学経路の実施の形態を示す図である。
【図５】画像入出力装置１０にテレセントリック系のレンズ群２４Ｔを用いた実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
４  机上
６  読取面
８  投影面
１０  画像入出力装置
１２  光源
１４  コンデンサーレンズ
１６  カラーホイール
２０  光変調素子
２４  レンズ群
２４Ｔ  レンズ群
２６  撮像素子
２８  絞り
【図１】
2008092234.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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