(57)【要約】【課題】被投影面を選ぶことなくどのような平面にも、調整作業なしで容易にフォーカスの合った歪みのない画像を投影できるようにする。【解決手段】画像投影装置６は、底面部に設置基準面を持ち、設置基準面が被投影面（スクリーン８１）に当接するよう配置される。投影画像は設置基準面と同一平面であるスクリーン８１に投影される。投影光束は、画像投影装置６の開口部１０からスクリーン８１の法線方向に射出し、アーム３に取り付けられた反射ミラー４により光路を折り曲げられてスクリーン８１に対し斜め上方から投影される。反射ミラー４は、投影画像５が歪みなく投影されるよう自由曲面形状を持つ。【選択図】　図１
2004085752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源により照明される画像表示手段と、画像表示手段からの画像光を拡大投影する画像投影手段と、これらを収納する筐体とを備えた画像投影装置であって、
画像投影装置の設置のための設置基準面を有し、上記画像投影手段は設置基準面と略同一な平面上に筐体の存在する側から画像を投影するよう構成されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記画像投影手段は、被投影面と所定角度をなし被投影面に対向するよう配置され前記筐体から射出した投影光束を被投影面に向けて反射する反射ミラーを有し、
反射ミラーは自由曲面形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置；
Ｈ≦２ｄ／５
但し、
Ｈ：画像投影装置の被投影面からの高さ
ｄ：投影された画像の対角線長
である。
【請求項４】
前記反射ミラーは、交換可能であることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記筐体内部で発生した熱を被投影面に放熱するための熱伝導部材を有することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項６】
被投影面の画像を撮像するための撮像手段と、
被投影面からの光を撮像手段に導く撮像用ミラーと、
撮像用ミラーの光路を切り替える光路切り替え手段を有し、
光路切り替え手段の操作によって撮像用ミラーを前記画像投影手段の投影光路に配置し、被投影面の画像を撮像することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項７】
画像投影装置と反射型スクリーンよりなる画像投影システムにおいて、
画像投影装置は、光源と、光源により照明される画像表示手段と、画像表示手段からの画像光を拡大投影する画像投影手段と、これらを収納する筐体と、画像投影装置の設置のための設置基準面を有し、
反射型スクリーンは、白色のフレネル反射ミラーと、無色透明な材料からなりフレネル反射ミラーの表面をコートしスクリーン表面を平滑面とする透明部材とからなり、
設置基準面と略同一な平面に反射型スクリーンが配置され、
上記画像投影手段は筐体が存在する側から反射型スクリーンに画像を投影するよう構成されていることを特徴とする画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、文字や図形、写真などの画像を表示する画像投影装置に関する。また、画像投影装置とスクリーンよりなる画像投影システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議あるいはプレゼンテーションの場において、コンピュータ等で作成、処理された画像や、光ディスク、磁気テープ等の記録媒体に記録された画像を、スクリーン等に投影して表示するプロジェクタが、盛んに使用されるようになっている。
【０００３】
このようなプロジェクタを、その使用形態で分類すると、一般的に次の４つに分類できる。
【０００４】
（１）プロジェクタを必要に応じて移動させ、備え付けあるいは移動可能なスクリーンに画像を投影する。このような場合には、投影される画像が、所望の大きさで、スクリーンに対して歪みなく、画面全体にフォーカスの合った状態で投影されるよう、プロジェクタの設置場所や設置状態の調整を行う。このような場合に用いられるプロジェクタの一例に、特開平１０−２０６９６９号公報に記載の画像投影装置がある。
【０００５】
（２）プロジェクタは、あらかじめ設置され固定されている。会議室やショールーム等でよく使用される形態であり、備え付けのスクリーンに対して画像が歪みなく、画面全体にフォーカスの合った状態で投影されるよう、プロジェクタは調整されて所定の場所に固定されている。このようなプロジェクタの一例に、特開２０００−３１４８４７号公報に記載の映像表示システムがある。
【０００６】
（３）いわゆるリアプロジェクションモニタであり、透過型スクリーンとプロジェクタが同一の筐体内に収納されている。プロジェクタは筐体内で、透過型スクリーンに歪みなく画面全体にフォーカスが合った画像を投影するよう調整され固定されている。
【０００７】
（４）スクリーンの端部にプロジェクタが内蔵されており、必要に応じてプロジェクタを引き出して投影する。このようなプロジェクタには、例えば、米国３Ｍ社のＷａｌｌ　Ｄｉｓｐｌａｙがある。Ｗａｌｌ　Ｄｉｓｐｌａｙは、ホワイトボードの枠に内蔵された可動式アームの先端にプロジェクタが取り付けられており、アームを引き出すことでボード面に画像を投影する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタを用いて画像を投影する場合、前述の（１）の場合には、スクリーンに対し、画像が歪みなく画面全体にフォーカスが合った状態で投影されるよう、プロジェクタの設置場所や、設置状態を調整する必要があり、電源を入れると直ぐに使えるというわけではない。また、場合によってはプロジェクタの設置のために机等のレイアウトを変える必要も生じる。
【０００９】
また、（２）の場合には、プロジェクタは会議室等の所定の場所に固定されており、手軽に持ち運び使用することが出来ない。
【００１０】
（３）の場合においても、移動は困難で、手軽に持ち運び使用することが出来ない。
【００１１】
（４）のような、スクリーンに内蔵されたプロジェクタは、調整は比較的簡単であるが、プロジェクタとスクリーンが一体化されており、一体化されたスクリーン以外の面には画像を投影することができない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑み、画像を表示するための調整を必要とすることなく、どのような平面にも簡単に焦点の合った歪みのない画像を投影することが出来、持ち運びの容易な画像投影装置を提供する事を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光源と、光源により照明される画像表示手段と、画像表示手段からの画像光を拡大投影する画像投影手段と、これらを収納する筐体とを備えた画像投影装置であって、画像投影装置の設置のための設置基準面を有し、上記画像投影手段は設置基準面と略同一な平面上に筐体の存在する側から画像を投影するよう構成されている。
【００１４】
この構成により、スクリーンを選ぶことなく、画像を表示したい平面に画像投影装置を設置するだけで、所望の投影画像が容易に得られる。また、画像投影装置がスクリーン面に設置されており、画像観察者から離れているため、冷却ファンの騒音や冷却によって生じる熱風などの影響を受けることなく画像を観察できる。
【００１５】
請求項２の発明は、前記画像投影手段が、被投影面と所定角度をなし被投影面に対向するよう配置され前記筐体から射出した投影光束を被投影面に向けて反射する反射ミラーを有しており、反射ミラーは自由曲面形状を持っている。
【００１６】
この構成により、投影画像は歪みなく投影される。
【００１７】
請求項３の発明は、さらに以下の条件式を満足することを特徴とする。
Ｈ≦２ｄ／５
但し、
Ｈ：画像投影装置の被投影面からの高さ
ｄ：投影された画像の対角線長
である。
【００１８】
この構成により、画像を大きく投影しても画像投影装置の高さが大きくならず、投影時に画像投影装置が邪魔にならない。また、画像投影装置の持ち運びが容易になる。
【００１９】
請求項４の発明は、前記反射ミラーが交換可能である。
【００２０】
この構成により、投影画像の大きさを変える場合、反射ミラーを変えるだけで歪みのない投影画像が得られる。
【００２１】
請求項５の発明は、前記筐体内部で発生した熱を被投影面に放熱するための熱伝導部材を有している。
【００２２】
この構成により、光源等で発生した熱を外部に効率的に放熱でき、その結果冷却のためのファンの小型化や回転数の低下が可能となり、騒音の低下や消費電力の低減を行うことが出来る。
【００２３】
請求項６の発明は、前記投影装置は、被投影面の画像を撮像するための撮像手段と、被投影面からの光を撮像手段に導く撮像用ミラーと、撮像用ミラーの光路を切り替える光路切り替え手段を有しており、光路切り替え手段の操作によって撮像用ミラーを前記画像投影手段の光路に挿入し、被投影面の画像を撮像することが出来る。
【００２４】
この構成により、スクリーンに表示されている情報（例えば投影画像、あるいはスクリーンに書き込まれた文字等）を撮像し、記録に残すことが出来る。
【００２５】
請求項７の発明は、画像投影装置と反射型スクリーンよりなる画像投影システムにおいて、画像投影装置は、光源と、光源により照明される画像表示手段と、画像表示手段からの画像光を拡大投影する画像投影手段と、これらを収納する筐体と、画像投影装置の設置のための設置基準面を有し、反射型スクリーンは、白色のフレネル反射ミラーと、無色透明な材料からなりフレネル反射ミラーの表面をコートしスクリーン表面を平滑面とする透明部材とからなり、設置基準面と略同一な平面に反射型スクリーンが配置され、上記画像投影手段は筐体が存在する側から反射型スクリーンに画像を投影するよう構成されている。
【００２６】
この構成により、画像投影装置を反射型スクリーンの上に配置するだけで容易に画像が投影でき、投影された画像は反射スクリーンにより所定の反射特性で反射されるので明るい投影画像が得られる。また、スクリーン表面は平滑面であるため、画像を表示すると同時に、フェルトペン等で書き込みが出来る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施形態の相互において、同一の部分や相当する部分には、同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像投影装置の使用状態の一例を示す図である。図の上方が、スクリーン等の上方に対応する。図２は、図１で示した投影状態をスクリーン８１に向かって左側から見た図である。
【００２９】
図１および図２において、画像投影装置６の筐体本体１（以下筐体１と称す）には、画像投影装置６を設置するための設置基準面１１が設けられ、設置基準面１１はスクリーン８１（被投影面）に当接している。スクリーン８１は平行な板材にスクリーン幕面素材が貼り付けられた反射型スクリーンであり、幕面はマット面あるいはビーズ面等、一般的な幕面からなっている。画像投影装置６は設置基準面１１をスクリーン８１に当接した状態で、スクリーン８１の上方の位置で、固定部材２１により壁面２に固定されている。なお、画像投影装置６は壁面２から取り外し可能である。
【００３０】
本実施形態では設置基準面１１は、筐体１の底面部（本実施形態では、筐体１の設置基準面側を底面、アーム３側を上面とする）と同一であり、筐体１の底面部はスクリーン８１に当接するよう平面状になっている。なお、設置基準面１１は筐体１の底面に限らず、その他の部材により構成されていてもよい。例えば筐体１の底面部に３点以上からなる突出部を設け、その突出部の頂点を含む平面を設置基準面としてもよい。
【００３１】
画像投影装置６の光学部材を内部に収納する筐体は、筐体１と反射ミラー４を保持するアーム３よりなる。アーム３はスクリーン８１の法線方向に突出するよう筐体１に取り付けられており、アーム３の先端には反射ミラー４が収納され保持されている。反射ミラー４は筐体１から射出した投影光束をスクリーン８１に反射し投影するため、反射面がスクリーン８１に対し下向きに所定の角度で対向して配置されている。
【００３２】
投影光束は、筐体１の開口部１０からスクリーン８１に対し遠ざかる方向に射出し、アーム３に取り付けられた反射ミラー４により光路を折り曲げられてスクリーン８１に対し上方より斜め投影され、スクリーン８１上に投影画像５を生成する。
【００３３】
図２において、９１は投影光束の広がり角であり、９２はスクリーン面８１に対する投影光束の入射角である。画像投影装置６のスクリーン面からの高さを抑え、かつ大きな投影画像を得るためには、投影光束の広がり角９１を大きくする必要がある。しかしながら、投影光束の広がり角９１を大きくすると、投影光束と筐体１とが干渉してしまうため、入射角９２を投影光束の広がり角９１とあわせて大きくする必要がある。
【００３４】
一般的に、投影光束の広がり角９１および投影光束の入射角９２が大きいと、画像投影装置の姿勢のわずかな変化で、スクリーン８１に投影されている投影画像５が大きく歪むため、画像投影装置の設置に際しては正確な調整作業が必要になる。調整作業とは具体的には、フォーカス作業であり、またスクリーン面に対する投影装置６の上下方向の傾き調整作業、左右方向の傾き調整作業およびスクリーン法線を回転軸とする回転調整作業である。
【００３５】
本実施形態の画像投影装置では、画像投影装置６の設置基準面１１がスクリーン面に当接し、機械的に位置決めされるので、画像投影装置の設置に際し正確な調整作業は不要であり、画像投影装置６をスクリーン８１（壁面２）に設置するだけでフォーカスの合った歪みのない投影画像が得られる。また、画像投影装置６を被投影面に当接するよう設置できれば、どのような平面にも容易に画像を投影することができる。
【００３６】
また、スクリーン８１の表面が光沢面の場合、あるいはスクリーン８１が指向性の強いスクリーンの場合（シルバースクリーン等）、一般的な、スクリーン正面から投影する画像投影装置では、スクリーン表面の正反射光が直接画像観察者の目に入り、ホットスポットを生じるが、本実施形態の場合、斜め投影のため、正反射光はスクリーンの下部方向に反射され、ホットスポットを生じない。なおホットスポットとは、投影画面内の一部に生じている輝度の高い領域のことである。これが生じると投影画面内に輝度ムラが発生するため投影画像の画質を損ない、ひどい場合には、画像観察者は反射光のためまぶしさを感じる。
【００３７】
さらに、画像投影装置６はスクリーン面に設置されており、画像観察者とは距離が離れているため、画像投影装置の冷却ファンによる騒音や排気される熱風により、画像観察者が不快な思いをすることはない。
【００３８】
つづいて、画像投影装置６の構成について説明する。図３は、画像投影装置６内部の概略構成図であり、主に筐体１内部の構成を示している。
【００３９】
筐体内部には、画像を投影するための光学部材として、光源６０、照明光学系６１、液晶パネル６２、投影光学系６３、折り返しミラー６４が、上方から下方に向かいこの順に設置基準面１１に沿って配置されている。
【００４０】
光源６０から放射された光束は、照明光学系６１により液晶パネル６２を効率良く均一に照明するように変換され、液晶パネル６２を照明する。
【００４１】
液晶パネル６２は、透過率を電気的に制御できる「画素」と呼ばれる小開口が２次元的に配列された透過型光変調素子であり、画像に対応した電気信号を各画素に印加することで画像を表示する。
【００４２】
液晶パネル６２を透過した画像光は、投影光学系６３を透過した後、折り返しミラー６４によって設置基準面１１の法線方向に折り曲げられ、筐体１の開口部１０より射出する。
【００４３】
光源６０、照明光学系６１、液晶パネル６２、投影光学系６３および折り返しミラー６４が、設置基準面１１と平行な平面上に配置されていることにより、画像投影装置６（筐体１）のスクリーン面からの高さが大きくならないよう抑制されている。なお、図３で示した実施形態では、光源６０から折り返しミラー６４にいたる光路が上方から下方の一直線上にあるが、例えば紙面奥から紙面手前方向に光源６０から折り返しミラー６４にいたる光路が形成されていてもよく、また適宜折り曲がっていてもよい。
【００４４】
筐体１の開口部１０から射出した投影光は、アーム３によって保持された反射ミラー４により、スクリーン８１に向けて折り返され、スクリーン８１上に投影画像を形成する。
【００４５】
反射ミラー４は、自由曲面形状を持つミラーである。なお、自由曲面とは大きく偏心した非球面を含むとともに回転対称軸を有効領域の中心近傍に持たないような面であり、球面ではなくて非球面的なうねり（自由度）を有する面である。自由曲面形状の非球面的なうねりを利用して反射面の曲率を３次元的に制御すれば、反射面の場所ごとに設定した面の傾きによって、斜め投影による非軸対称な収差（歪曲等）を容易に補正できる。スクリーン８１に投影された投影画像は一般的に図５に示すような台形形状の歪みを持ち、この台形歪みを反射ミラー４の面形状を自由曲面形状にすることにより補正できる。なお、自由曲面形状とは、回転非球面形状を含む。
【００４６】
本実施形態では画像表示素子に透過型液晶パネルを用いたが、反射型液晶パネルあるいは反射型の角度変調型素子（例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ））を用いてもよい。また、図３において液晶パネルは１枚（単板式液晶方式）であるが、例えば３枚の液晶パネルを使用して（３板式液晶方式）画像を形成してもよい。
【００４７】
本実施形態の照明光学系６１は、特開２００１−３２４７６２号公報に記載された第２実施形態の照明光学系を使用する。また例えば、３板式液晶方式には特開１９９９−６４９７７号公報記載の照明光学系、画像表示素子にＤＭＤを使用したときには特開２００１−１０９０６２号公報に記載されている照明光学系がそれぞれ使用可能である。
【００４８】
本実施形態の投影光学系６３、折り返しミラー６４、反射ミラー４については、特開２００１−２６４６２７号公報記載の実施例１のリアプロジェクション光学系を使用する。投影光学系６３は上記公報記載の光学系のＳ０〜Ｓ１６面に、折り返しミラーは上記公報記載の光学系のＳ１７面（Ｍ１）に、反射ミラー４は上記公報記載の光学系のＳ１８面（Ｍ２）に対応する。設置基準面１１からアーム３の先端までの高さ約５００ｍｍで投影画像サイズ５０型（対角線長１２７０ｍｍ）の投影が可能である。他に例えば、特開２００１−２６４６３２号公報記載のリアプロジェクション光学系、あるいは特開２００１−２６４６３４号公報記載のリアプロジェクション光学系が使用可能である
また、照明光学系６１および投影光学系６３は、上記公報記載の光学系に限らず、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系のいずれも適用可能である。
【００４９】
筐体１内部には、上述の光学部材以外に、光源駆動回路６５、液晶パネル駆動回路６６、信号処理回路６７、冷却ファン６８、外部入力回路６９、熱伝達部材１２等が収納されている。
【００５０】
光源駆動回路６５は光源６０に電圧および電流を供給する回路である。
【００５１】
液晶パネル駆動回路６６は、液晶パネル６２の各画素の透過率を変化させるための動作を行う、あるいは画像信号をサンプリングして各画素に供給する回路である。
【００５２】
信号処理回路６７は、外部から入力された画像信号に対しスケーリングやガンマ補正等の信号処理を行う回路である。例えば、画像の投影方向に対応して画像データを上下反転、あるいは左右反転する処理を行う。上述のように投影画像は一般的に台形歪みを持つが、信号処理回路６７によって、投影画像５の台形歪みを補正するため、画像信号にあらかじめ投影時とは逆の特性をもつ歪みを与えるよう画像信号を変換してもよい。
【００５３】
外部入力回路６９は、コンピュータ等で作成、処理された画像データや、光ディスク、磁気テープ等の記録媒体に記録された画像データを画像投影装置６の信号処理回路６７に送るためのインターフェイス用回路である。外部機器と有線接続あるいは無線接続することで、画像データを外部機器から受け取り、信号処理回路６７に送る。
【００５４】
冷却ファン６８は、光源６０が発生する熱を外部に放出する、あるいは液晶パネル６２を冷却するものである。
【００５５】
熱伝導部材１２は、光源６０で発生した熱を伝導し放熱する金属製の部材であり、例えばマグネシウム合金、アルミ合金、銅、黄銅、鉄、ステンレス等からなる。熱伝導部材１２は、光源６０に近接して配置され、かつ筐体１の底面部内壁面の略全面に当接している。熱伝導部材１２は光源６０が放射する熱を吸収するとともに、吸収した熱を伝導し、その表面全体から放熱する。また熱伝導部材１２は熱を放熱するのみならず、筐体１および設置基準面１１を通して画像投影装置６の被投影面に熱を伝導し、より大きな放熱効果を得る。
【００５６】
熱伝導部材１２を備えることで、冷却ファン６８の大きさを小さく出来る、あるいは回転数を押えることが出来るため、冷却ファン６８によって発生する騒音の低下や消費電力の低減が可能となる。なお本実施形態では、熱伝達部材１２は筐体１の内部に当接し収納されているが、熱伝達部材１２が画像投影装置６の底面を構成し、その外壁面を設置基準面１１としてもよい。
【００５７】
つぎにアーム３の構造について説明する。図１３はアーム３の斜視図である。アーム３は、入射部３１、側方部３２および反射ミラー支持部３３からなる。図１３で示したＡの方向から見ると「ロの字」形状をしており、入射部３１、側方部３２および反射ミラー支持部３３で囲まれた領域は上下ともに大きな開口になっている。入射部３１は、折り返しミラー６４（図３参照のこと）で反射された投影光を遮ることなく反射ミラー４に導くために、開口３１Ａが設けられている。
【００５８】
反射ミラー支持部３３の内面には、反射面が内面方向を向くよう反射ミラー４が取り付けられている。反射ミラー４の取り付け角度は、折り返しミラー６５で反射された投影光がスクリーン８１にけられなく投影されるよう所定の角度に設定されている。画像投影装置６の本体部との結合は、側方部３２がねじ止めされることによって行われる（図示しない）。
【００５９】
側方部３２の一部あるいは全部は弾性部３２Ａで構成されている。弾性部３２Ａは、画像投影装置使用時に人体等と接触することでアーム３が破損することのないよう、あるいは人体が傷つかないよう、接触時には弾性的に変形し、その後その弾性を利用して初期の位置に戻る。
【００６０】
アーム３は、投影画面の大きさを変える機能を持っており、筐体１と被投影面との距離（筐体１と反射ミラー４との距離および反射ミラー４と被投影面との距離）を変えることで投影画面の大きさを可変にできる。アーム３（側方部３２）の長さを長くすると、より大きな投影画像が得られる。アーム３は投影画面の大きさに対応する２つ以上の使用位置を取ることが出来る。また、収納時にコンパクトとなるような収納位置を取ることが出来る。
【００６１】
図６はアーム３の取り付け状態の例を示す図である。（ａ）および（ｂ）は２種類の投影画面に対応した状態を表す図であり、（ｃ）は非使用時の収納状態を表す図である。
【００６２】
（ｂ）の状態は（ａ）の状態よりも小さい画面に投影するための状態を表している。そのため、アーム３は（ａ）の状態よりも筐体１のさらに奥に挿入され、アーム３の筐体１からの突出部の長さが短くなっている。アーム３挿入時、開口３１Ａにより、折り返しミラー６４はアーム３と干渉しない構造となっている。
【００６３】
（ｃ）の状態は、アーム３の張り出しを避けてコンパクトに収納するため、
筐体１への挿入方向を使用時とは異なるようにしている状態を表す。つまり、アーム３は設置基準面１１と平行な方向に入射部３１から筐体１に挿入される。アームが挿入される筐体１の部分にはカバー（図示しない）が設けられ、カバーを外すと、開口が存在する（図示しない）。この開口部からアーム３は挿入される。アーム３挿入時、折り返しミラー６５および投影光学系６４はアーム３の開口３１Ａを通り側方部３２で囲まれた空間に収納される。
【００６４】
なお、アーム３は図１３で示した形状に限らず、反射ミラー４を所定の状態で保持し、投影光を遮らず、図６の（ａ）、（ｂ）で示した投影状態および（ｃ）で示した収納の状態において筐体１内部の部品と干渉しない機能を持っていればどのような形状であってもよい。例えば、入射部３１がなく図１３のＡの視点から見た場合「コの字」形状をした形状、あるいは２枚の側方部を結合する梁を設けた形状等である。
【００６５】
投影画面の大きさを変える場合には、アーム３の長さを変更するだけでなく、反射ミラー４の反射面形状を投影画面の大きさに適した形状に変更することが好ましい。例えば、小さい画面に投影される（ｂ）の状態では（ａ）の状態で使用される反射ミラー４に替わり反射ミラー４１を使用する。反射ミラー４１は（ｂ）の状態に対応した投影画面に最適になるよう設計された反射ミラーである。そうすることでより歪みの少ない投影画像が得られる。
【００６６】
画像投影装置６の筐体１の内部にはさらに、スクリーン面の画像等を撮像し記録するための、撮像部７１、光路切り替え動作７２で示される光路切り替え部（図示しない）および撮像ミラー７３を有している。例えば、ホワイトボードに画像が投影されており、文字や図形が投影画像に重ねて記入されている場合には、ホワイトボードに記入された文字や図形を撮像することができる。
【００６７】
撮像部７１は、具体的には撮像レンズおよび撮像素子からなる撮像光学系と、撮像素子で撮像された画像信号を処理する信号処理回路と、信号処理された画像信号を記録する記録部と、撮像素子や信号処理回路等を制御する制御回路等からなり、撮像レンズにより撮像素子上にスクリーン上の画像を結像し、その結像された画像を処理し記録する部材である。
【００６８】
光路切り替え部は、撮像ミラー７３の位置を切り替える部材である。図１４は光路切り替え部の切り替え動作７２の例を表した図である。（ａ）は直線移動機構で撮像ミラー７３の光路を切り替える例を示しており、（ｂ）は回転移動機構で撮像ミラー７３の光路を切り替える例を示している。
【００６９】
（ａ）の場合、画像投影時には撮像ミラー７３は、投影光の光路外である位置７３Ａに配置されている。光路切り替え部は直線移動機構を持ち、撮像時には、撮像ミラー７３を投影光の光路外の位置７３Ａから撮像用の位置７３Ｂに直線的に移動させる。撮像用の位置７３Ｂは、投影光の光軸と撮像部７１（撮像レンズ）の光軸が撮像ミラー７３上で交差する位置であって、かつ投影光の光軸と撮像ミラー７３で反射された撮像部７１の光軸とが一致するような位置である。つまり、スクリーン８１上に投影された画像中心が、撮像部７１が有する撮像素子の略中心に結像する位置である。
【００７０】
（ｂ）の場合、画像投影時には撮像ミラー７３は、投影光の光路外である位置７３Ａに配置されている。光路切り替え部は回転移動機構を持ち、撮像時には、撮像ミラー７３を投影光の光路外の位置７３Ａから撮像用の位置７３Ｂに回転移動させる。回転中心軸は、折り返しミラー６４側の撮像ミラー７３の端部であって、反射面と平行でかつ投影光の光軸および撮像部の光軸と垂直な軸である。
【００７１】
なお光路切り替え部は、撮像ミラー７３を投影光の光路外から投影光の光路内に移動させるための部材であって、その移動形態はどのような形態であってもよい。つまり、図１４の（ａ）および（ｂ）で示した移動形態だけでなく、例えば直線移動と回転移動を組み合わせて移動させてもよく、また（ａ）で示した回転軸以外を回転軸として回転移動させてもよい。
【００７２】
スクリーン面を撮像するには、光路切り替え部を操作して撮像ミラー７３を投影光路中の撮像位置７３Ｂに配置する。撮像ミラー７３が投影光路内の撮像位置７３Ｂに配置されると、スクリーン面の画像は反射ミラー４および撮像ミラー７３で反射され、撮像素子７１により撮像される。このように撮像された画像は、自由曲面反射ミラー４を共用しているため、歪みなく撮像される。
【００７３】
撮像ミラー７３が１００％反射ミラーならばスクリーンに記入された文字や記号等が撮像され、反射ミラーがハーフミラーの場合にはスクリーンに記入された文字等と投影画像とが同時に撮像される。反射ミラーはいずれのミラーであってもよい。
【００７４】
なお、撮像ミラー７３を撮像用の位置７３Ｂに配置しても、図１３に示すようにアーム３の上面には開口が存在するので、撮像ミラー７３とアーム３は干渉しない。
【００７５】
本実施形態では、撮像装置７１、光路切り替え部７２および撮像ミラー７３は画像投影装置６の筐体１内に収納されているが、図４に示すように、筐体７０、撮像装置７１、光路切り替え手段７２および撮像ミラー７３を取り外し可能な撮像ユニット７とし、撮像機能が必要な場合に画像投影装置６に撮像ユニット７を取り付け使用してもよい。
【００７６】
筐体７０には投影光束を遮らないよう、またアーム３と干渉しないよう開口が設けられ、その開口を画像投影装置６の開口１０と一致するように、画像投影装置６の筐体１上面に取り付けられる。撮像時には、光路切り替え部を操作し、撮像用ミラー７３を撮影用の位置７３Ｂに移動して被投影面の画像を撮像する。
【００７７】
つぎに画像投影装置６の高さと投影画像の大きさの関係について説明する。図７に画像投影装置６の被投影面からの高さ（以下、画像投影装置６の高さと称す）と、投影画像の大きさとの関係を示す。図７に示すように、画像投影装置６の高さをＨ、投影画像の対角線長をｄとする。
【００７８】
画像投影装置としては、画像投影装置の高さはできるだけ小さいことが望ましく、また画像投影装置の高さが一定ならば投影される画像の大きさはより大きいことが望ましい。一般的に投影画像の大きさを大きくするためには、
（Ａ）投影光学系をより広角な光学系にする。
（Ｂ）投影レンズとスクリーン面の距離（投影距離）を大きく取る。
の２種類の方法があるが、（Ａ）の方法は投影光学系の設計が難しくなり、投影光学系６３のコスト高を伴う。（Ｂ）の方法の場合、画像投影装置６の高さが大きくなるため画像観察時に観察者の視界に入り邪魔である。また、大型化のため本発明の有利な点である持ち運びの容易性の特徴を失うことにもなる。さらに反射ミラー４が大型化することで製造が困難になり、またコスト高を生じる。
【００７９】
そこで本実施形態では、画像投影装置６の大型化を避けるため、投影画像サイズに対する画像投影装置の高さの比率を制限する。
【００８０】
本出願人は、考察の結果、投影画像サイズに対する画像投影装置の高さの関係式を見出した。その関係式を以下の（１）式に示す。
Ｈ≦２ｄ／５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
ただし、
Ｈ：画像投影装置６の高さ
ｄ：投影画像の対角線長
である。
【００８１】
（１）式において、例えば投影サイズ５０型（対角線長１２７０ｍｍ）の場合、投影画像と画像観察者の位置関係によって若干の差はあるが、画像投影装置の高さが５００ｍｍ以上の場合にはアーム３が投影画像に重なり投影画像の一部を隠してしまうが、それ以下の場合には問題が生じない。また、会議の場面等でプレゼンテーションを行っている場合など、５００ｍｍ以上の長さのアーム３は説明の妨げになる。（１）式の関係式は、主としてアーム３の存在が画像観察やプレゼンテーションにおける説明の妨げになるかどうかに基づいているが、投影レンズの設計においても、本実施形態の投影レンズが（１）式を満足するように、無理のない関係式である。なお、投影画像の大きさが５０型以外の場合にも、同様の考察の結果から（１）式の結果が導き出せる。
【００８２】
つぎに、本実施形態の投影装置に関し、図１で説明した投影方法以外の投影方法について説明する。いずれの画像投影装置も以上で説明した画像投影装置６と同じである。
【００８３】
図８は、画像投影装置６の図１とは異なる投影状態の一例を示す図である。スクリーン８２は図１の場合とは異なり、巻き上げ式の布状のスクリーンである。
【００８４】
布状スクリーン８２では画像投影装置６をスクリーン面に当接して位置決めできないため、設置補助部材２２をスクリーン８２上方の壁面２に固定しておき、設置補助部材２２に画像投影装置６の設置基準面１１を当接して固定する。これにより設置基準面１１とスクリーン８２は略同一平面状に存在し、画像投影に際し画像投影装置６の調整作業を行うことなく、フォーカスの合った歪みのない画像をスクリーン８２に投影できる。
【００８５】
設置補助部材２２は熱伝導度の大きい素材が用いられており、また表面積が大きく取られている。このことにより画像投影装置６内部にある熱伝導部材１２による冷却効率を高めることができる。
【００８６】
図９は、図８とは異なる画像投影装置６の投影状態の一例を示す図である。画像投影装置６は、テーブル８３の天板８４の上に設置基準面１１が当接するよう置かれている。画像投影装置６は天板上で固定する必要はない。画像投影装置６は天板８４をスクリーンとして画像を投影する。天板８４が淡色ならばそのままでも良く、濃色ならば淡色の紙や布を天板の上に置くだけで、天板８４がスクリーンとして機能する。画像投影装置６の設置に際し、設置基準面１１を天板８４に当接するよう設置するだけでよく、フォーカス調整や画像投影装置６の傾き調整等は必要ない。また画像投影装置６を用いて画像を投影することに関し、テーブル８３の構造に制約はなく、一般的なテーブルを使用できる。
【００８７】
また、図１０は、さらに異なる画像投影装置６の投影状態の一例を示す図である。図１０で示した配置では、画像投影装置６はリアプロジェクタとして使用される。画像投影装置６は、テーブル８３の天板８５裏面に設置基準面１１が当接するよう取り付けられている。画像投影装置６は天板８５をリアスクリーンとして画像を投影する。天板８５は光透過性の材料で出来ている。天板８５は、乳白色の光拡散材料で出来ておればより好ましく、その場合には、天板８５のそのままの状態でリアプロジェクションスクリーンとして使用できる。天板８５がガラス等の透明部材の場合には、白色の紙や布を天板８５の上に置くだけで、スクリーンとして使用でき、画像を投影できる。
【００８８】
以上説明したように、画像投影装置６は持ち運びが容易なため、画像投影装置６を設置することが出来る平面さえあれば、その設置面をスクリーンとして画像を投影出来る。また、投影に際し、フォーカス調整や、画像を歪みなく投影するための画像投影装置の傾き調整は必要ない。
【００８９】
つぎに、画像投影装置６と反射型スクリーンを使用した投影システムについて説明する。
【００９０】
図１１は本発明の第２の実施形態に係る、画像投影装置と反射型スクリーンよりなる投影システムである。画像投影装置６は、第１の実施形態で説明した画像投影装置と同様の構成を持っている。図１１と図３を用いて本実施形態について説明する。
【００９１】
画像投影装置６は、設置基準面１１がスクリーン１００に当接するよう配置され、スクリーン１００の上部に固定部材２１により固定されている。設置基準面１１と同一平面であるスクリーン面１００に画像が投影されている。
【００９２】
スクリーン１００の断面図を図１２に示す。スクリーンはフレネル部材１０１と透明部材１０２により構成されている。投影光は図１２の右側より入射し、透明部１０２を透過した後、フレネル部１０１で反射される。反射された投影光は再び透明部１０２を透過し、画像観察者に到達する。
【００９３】
フレネル部材１０１は、画像投影装置６の反射ミラー４で反射された光束が、スクリーンに投影された後、所定の反射特性を持つようフレネル面が形成されている。反射特性とは、光線の反射方向と反射光線の拡散度によって決まる特性である。フレネル面は光を拡散するように白色の部材からなる、あるいは白色の塗装が施されており、そのフレネル面形状の持つ作用とあわせて所定の反射方向と拡散度を持っている。所定の反射方向とは、例えば画像観察者の居るスクリーン正面方向であり、このような反射方向を持つことで画像観察者は明るい投影画像を見ることができる。
【００９４】
スクリーンの反射特性を変えるには、フレネル面の形状、すなわちスクリーン面の場所ごとの反射面の傾きを、スクリーン全面にわたって最適になるよう変化させることにより行うことが出来る。
【００９５】
透明部材１０２は、無色透明な材料からなり、スクリーンの表面を平滑面に形成するよう、フレネル部材１０１の表面をコーティングしている。なお、スクリーン１００の拡散度を上げるために、透明部材に少量の拡散材を混入してもよい。
【００９６】
上記のように構成されたスクリーンは、投影光束がスクリーン正面方向に拡散されて反射されるため、投影画像が明るく認知できる上に、スクリーン表面の正反射によるホットスポットは斜め投影のため生じない。また、スクリーン表面が平滑面で構成されているため、フェルトペン１１０等で書き込みが出来、スクリーン１００はホワイトボードとしても使用できる。
【００９７】
なお、画像投影装置６はスクリーン１００から着脱可能であり、スクリーンのみをホワイトボードとして使用可能である。また、取り外された画像投影装置６は第１の実施形態で説明した図１、図８、図９および図１０のように使用可能である。
【００９８】
また、第１の実施形態および第２の実施形態において、画像投影装置６はスクリーン上方より画像を投影しているが、図１５（ａ）に示すようにスクリーン下方あるいは図１５（ｂ）に示すようにスクリーンの横方向から画像を投影してもよいことは言うまでもない。
【００９９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明では、スクリーンを選ぶことなく、画像を表示したい平面に画像投影装置を設置するだけで投影画像が容易に得られる。また、画像投影装置が被投影面に設置されており、画像観察者から離れているため、冷却ファンの騒音や冷却によって生じる熱風などの影響を受けることなく画像を観察できる。
【０１００】
請求項２の発明では、反射ミラーに自由曲面形状を用いているため、歪みのない投影画像が得られる。
【０１０１】
請求項３の発明では、投影画像の大きさに対する画像投影装置のスクリーン面からの高さを規定しているため、画像を大きく投影しても画像投影装置の高さが大きくならず、投影時に画像投影装置が邪魔にならない。また、画像投影装置が大型化しないため画像投影装置の持ち運びが容易になる。
【０１０２】
請求項４の発明では、投影画面の大きさに合わせて反射ミラーが交換可能となっているため、投影画像の大きさを変える場合、反射ミラーを交換するだけで歪みのない良好な投影画像が得られる。
【０１０３】
請求項５の発明では、画像投影装置の筐体内部で発生した熱を被投影面に放熱するための熱伝導部材を有しているため、光源等で発生した熱を外部に効率的に放熱でき、その結果冷却のためのファンの小型化や回転数の低下が可能となり、騒音の低下や消費電力の低減を行うことが出来る。
【０１０４】
請求項６の発明では、画像投影装置が、スクリーン面を撮像するための撮像機能を有しているため、スクリーンに投影された投影画像やスクリーンに書き込まれた文字等を撮像し、記録に残すことが出来る。
【０１０５】
請求項７の発明では、画像投影装置を反射型スクリーンの上に配置するだけで容易に画像が投影でき、投影された画像は反射スクリーンによって所定の反射特性で反射されるため明るい投影画像が得られる。また、スクリーン表面は平滑面であるため、画像を表示すると同時に、フェルトペン等で書き込みが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像投影装置の使用状態の一例を示す図である。
【図２】図１で示した画像投影装置の投影状態をスクリーンに対し横から見た図である。
【図３】画像投影装置６内部の概略構成図である。
【図４】画像投影装置６と撮像ユニット７を表す図である。
【図５】斜め投影によって生じる投影画像の台形歪みを表す図である。
【図６】画像投影装置６の筐体本体１に対するアーム３の取り付け状態を表す図である。
【図７】画像投影装置６の被投影面からの高さと、投影画像の大きさとの関係を示す図である。
【図８】画像投影装置６の投影状態の一例を示す図である。
【図９】画像投影装置６の投影状態の一例を示す図である。
【図１０】画像投影装置６の投影状態の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る、画像投影装置と反射型スクリーンよりなる画像投影システムを表す図である。
【図１２】反射型スクリーン１００の構造を表す断面図である。
【図１３】アーム３の斜視図である。
【図１４】光路切り替え部の光路切り替え動作７２の例を表した図である。
【図１５】第１の実施形態および第２の実施形態に係る投影状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　筐体本体
２　壁面
３　アーム
４、４１　反射ミラー（自由曲面）
５　投影画像
６　画像投影装置
７　撮像ユニット
１１　設置基準面
１２　伝熱部材
２１　固定部材
２２　設置補助部材
３１　入射部
３２　側方部
３２Ａ　弾性部
３３　反射ミラー支持部
６０　光源
６１　照明光学系
６２　液晶パネル
６３　投影光学系
６４　折り返しミラー
６５　光源駆動回路
６６　液晶パネル駆動回路
６７　信号処理回路
６８　冷却ファン
６９　外部入力回路
７０　撮像ユニット７の筐体
７１　撮像部
７２　光路切り替え部
７３　撮像ミラー
７３Ａ　撮像ミラー７３の投影用の位置
７３Ｂ　撮像ミラー７３の撮像用の位置
８１、１００　スクリーン
８２　布状スクリーン
８３　テーブル
８４　天板（不透明）
８５　天板（光透過性）
９１　投影光束の広がり角
９２　投影光束の入射角
１０１　フレネル部
１０２　透明部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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