(57)【要約】【課題】スクリーンの状態に応じて、投影装置単体で投射光量を自動で調整することができる投影装置を提供する。【解決手段】画像を投影する前の投影面６０全体を、撮像素子５０が撮像し、撮像信号に変換して出力する。かかる撮像信号を、撮像素子制御部及び撮像信号処理部５５が処理して、受光量（ここでは輝度値）を出力する。撮像素子５０からの画像信号から輝度値を求め、それが例えば輝度値Ｂであった場合、制御部７０は、輝度値Ｂに対応する照明光量ｂを呼び出して、ステップＳ１０５で、照明光量ｂになるよう、照明光源制御部１５を制御して、照明光源１０を発光させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源と、
前記照明光源から照射される光の照度を制御する照明制御部と、
前記照明光源からの光を画像信号に基づいて変調して反射させる反射型液晶素子と、
所定の偏光方向の光を反射させる偏光ビームスプリッタと、
光軸方向に移動可能となされ、前記反射型液晶素子により反射させられた変調光を投影面に投影する投影光学系と、
前記投影面を撮像する撮像素子と、を有し、
前記撮像素子は、画像が投影される前の投影面を撮像し、前記照明制御部は、前記撮像素子から得られた画像信号に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする投影装置。
【請求項２】
前記撮像素子から得られた画像信号と、それに対応する光量とは、予め複数の組み合わせが記憶されており、前記組み合わせのいずれかを選択して、選択された組み合わせに基づき前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、前記投影面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に画像信号を出力するようになっており、最も画像信号の値が高い領域からの画像信号に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、前記投影面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に画像信号を出力するようになっており、全領域からの画像信号の平均値に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記投影面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に画像信号を出力するようになっており、各領域からの画像信号を重み付けした値に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、前記反射型液晶素子と共役の位置に配置され、前記投影された画像を前記投影光学系及び前記偏光ビームスプリッタを介して撮像することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投影する投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の投影装置における問題点としては、画像が投影されるスクリーンの状態により、投影画像の画質が変化するということである。より具体的には、例えばスクリーンに屋内照明光が照射されているような場合、投影画像の明瞭性が低下する傾向がある。一方、真っ暗な室内でスクリーンに画像を投影する場合、投影画像が明るすぎると却って見にくくなる恐れもある。
【０００３】
これに対し、特許文献１には、スクリーンの近傍に設けたセンサを用いて投射光の光量を検出し、センサの出力に応じて作業者が投射光量を調整する技術が開示されている。かかる技術を用いれば、例えばスクリーン上の明るさに基づいて作業者の判断で最適な投射光量を設定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９９９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、作業者が手動で投射光量を調整するため、調整に手間取るという問題があり、また作業者間の個人差もあるため、必ずしも常に同じ状態で投影画像を鑑賞できるとは限らない。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、スクリーンの状態に応じて、投影装置単体で投射光量を自動で調整することができる投影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の投影装置は、
照明光源と、
前記照明光源から照射される光の照度を制御する照明制御部と、
前記照明光源からの光を画像信号に基づいて変調して反射させる反射型液晶素子と、
所定の偏光方向の光を反射させる偏光ビームスプリッタと、
光軸方向に移動可能となされ、前記反射型液晶素子により反射させられた変調光を投影面に投影する投影光学系と、
前記投影面を撮像する撮像素子と、を有し、
前記撮像素子は、画像が投影される前の投影面を撮像し、前記照明制御部は、前記撮像素子から得られた画像信号に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、前記投影面を撮像する撮像素子を備えているので、前記撮像素子は、画像が投影される前の投影面を撮像し、前記照明制御部は、前記撮像素子から得られた画像信号に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することができ、これによりスクリーンの状態に関わらず、適切な投影画像を鑑賞できる。
【０００９】
請求項２に記載の投影装置は、請求項１に記載の発明において、前記撮像素子から得られた画像信号と、それに対応する光量とは、予め複数の組み合わせが記憶されており、前記組み合わせのいずれかを選択して、選択された組み合わせに基づき前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする。これにより、ユーザーの好みに応じて投影画像の明るさを自動的に調整できる。
【００１０】
請求項３に記載の投影装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記投影面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に画像信号を出力するようになっており、最も画像信号の値が高い領域からの画像信号に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする。最も画像信号の値が高い領域は、投影面において最も明るい領域であるから、この領域を基準に光量を自動的に調整することで、見やすい投影画像を提供できる。
【００１１】
請求項４に記載の投影装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記撮像素子は、前記投影面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に画像信号を出力するようになっており、全領域からの画像信号の平均値に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とすることを特徴とする。かかる平均値を基準に光量を自動的に調整することで、全体的に見やすい投影画像を提供できる。
【００１２】
請求項５に記載の投影装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記撮像素子は、前記投影面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に画像信号を出力するようになっており、各領域からの画像信号を重み付けした値に対応する光量となるよう、前記照明光源から照射される光を調整することを特徴とする。かかる重み付けした値を基準に光量を自動的に調整することで、例えば注目する部位を中心に見やすい投影画像を提供できる。
【００１３】
請求項６に記載の投影装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記撮像素子は、前記反射型液晶素子と共役の位置に配置され、前記投影された画像を前記投影光学系及び前記偏光ビームスプリッタを介して撮像することを特徴とする。これにより前記投影光学系を撮像光学系として共有でき、投影装置の小型化を図れる。尚、かかる構成では、画像投影前に、ピント合わせのため投影光学系を合焦位置に移動させることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、スクリーンの状態に応じて、投影装置単体で投射光量を自動で調整することができる投影装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態に係る投影装置の主要構成部材の配置構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施の形態に係る投影装置の制御の関係を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る投影装置の動作概略を示すフローチャートである。
【図４】投影面６０を分割した状態を示す図であるが、投影面中の実線は仮想線である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本実施の形態に係る投影装置１の主要構成部材の配置構成の一例を示す模式図である。なお、光学系及び主要構成部材を保持する保持部材や筐体及び電源等については省略してある。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る投影装置１は、照明光源１０、集光光学系１１、偏光変換素子１２、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、反射型液晶素子２０、λ／４波長板４１、投影光学系３０、アクチュエータ３１、光学系位置検知部３２、撮像素子５０で構成されている。６０は投影面である。
【００１８】
照明光源１０は、例えば三色ＬＥＤ（例えば、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、但し、白色ＬＥＤの出射光を三色に分解しても良い）が用いられる。尚、初期状態では、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤは略１：１：１の光量比で発光するものとする。集光光学系１１は、照明光源１０から射出される光を略平行光に変換するものである。
【００１９】
偏光変換素子１２は、入射した光の光量を低下させずに特定の偏光に変換する光学素子である。例えば、図示のようにＰ偏光を透過する偏光分離膜１２Ｐと、偏光分離膜１２Ｐを透過したＰ偏光をＳ偏光に変換するλ／２波長板１２ａと、偏光分離膜１２Ｐで反射したＳ偏光を、再度反射させて出射させるよう構成されたものである。
【００２０】
偏光ビームスプリッタＰＢＳは、所定の方向に直線偏光した光を反射させる反射面Ｒが斜面に形成された直角プリズムを貼り合わせたものである。これにより、偏光変換素子１２を通過してきた所定の方向に直線偏光した光を反射させる。
【００２１】
反射型液晶素子２０は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接液晶が載せられているものである。この反射型液晶素子２０は、液晶層に対し駆動制御部から画像信号に応じた電圧が画素毎に印加され、液晶分子の配列を変化させること変調し、所望の画像を表示するものである。尚、反射型液晶素子２０は、反転画像を表示し、短時間で赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの出射光を順次切り換えながら、反射型液晶素子２０に入射させることで、反転画像に対応した各色画像を時間軸上でずらせて反射させ、これによりスクリーン上でカラー画像を形成するものである。よって、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの駆動電流やデューティ比を変化させることで発光量又は発光時間を個々に調整すれば、色バランスを任意に変更できる（特開２００７−７９４０２号公報参照）。
【００２２】
投影光学系３０は、照明光源１０で照明され、反射型液晶素子２０から反射された画像を投影面６０に結像させる機能と、投影面６０に投影された画像を撮像素子上に結像させる。アクチュエータ３１は、例えば、圧電素子、静電アクチュエータ等であり、投影光学系３０を、ピントを合わせるために光軸方向に移動させるものである。光学系位置検知部３２は、アクチュエータ３１により移動させられた投影光学系３０の位置を検出するものであり、アクチュエータ３１の駆動と投影光学系３０の移動量が１対１に対応する場合には省略してもよい。
【００２３】
撮像素子５０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子である。この撮像素子５０の撮像面は、反射型液晶素子２０の画像表示面と、光学的に共役に位置に配置されている。
【００２４】
以下、図１に示す投影装置１の作用を簡単に説明する。なお、以下の説明では、偏光変換素子１２は上述のようにＳ偏光を出射するよう構成され、偏光ビームスプリッタＰＢＳの反射面ＲはＳ偏光を反射するよう構成された例で説明する。
【００２５】
照明光源１０から射出された光束は、偏光変換素子１２によりＳ偏光の光が透過され、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、反射面Ｒで反射型液晶素子２０の方向に反射させられ、反射型液晶素子２０を照明する。
【００２６】
反射型液晶素子２０に入射した光は反射型液晶素子２０で反射され、偏光ビームスプリッタＰＢＳに再度入射する。反射型液晶素子２０を構成する不図示の液晶層は、電圧が印加されると位相板として機能する。従って、反射型液晶素子２０から射出する光のうち、電圧が印加された画素領域を透過した光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。一方、反射型液晶素子２０から射出する光のうち、電圧が印加されていない画素領域を透過した光はＳ偏光のままとなる。
【００２７】
反射型液晶素子２０で反射された光のうちＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタＰＢＳに再度入射後、反射面Ｒを透過し投影光学系３０によって投影面６０に投影される。投影光学系３０の前方にはλ／４波長板４１が配置されており、Ｐ偏光の光は円偏光に変換されて投影される。なお、λ／４波長板４１は偏光ビームスプリッタＰＢＳと投影光学系３０の間に配置されていてもよい。
【００２８】
さらに、投影面６０に投影された画像の反射光は、λ／４波長板４１によりＳ偏光の光にされて投影光学系３０を逆に通過した後、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、反射面Ｒにより反射されて撮像素子５０上にも画像が結像される。
【００２９】
なお、照明光源１０の光量が充分あるときは、偏光変換素子１２を省略し、偏光ビームスプリッタＰＢＳと撮像素子５０の間にＳ偏光の光のみを透過させる偏光フィルタを配置した構成でもよい。又、光利用効率の向上や省電化を考慮すると、図１に示す構成が好ましい。また、照明光源１０、偏光変換素子１２については、照明光源側にλ／４波長板と反射面とを配置し、偏光変換素子を反射型偏光フィルムとして、反射型偏光フィルムを通過しないＰ偏光をリサイクルしてＳ偏光に変換して通過させるよう構成したものでもよい。
【００３０】
図２は、本実施の形態に係る投影装置１の制御の関係を示すブロック図である。図２に示すように、投影装置１は各部を統括的に制御する制御部（ＣＰＵ）７０を有している。制御部７０は、所定の動作プログラムを格納したメモリ（ＲＯＭ）７３から、動作プログラムを読み出し、制御部７０内の作業領域に展開して各部の制御を行う。
【００３１】
制御部７０は、照明光源制御部１５を介して照明光源１０の光量等を制御する。制御部７０と照明光源制御部１５とで照明制御部を構成する。更に、制御部７０は、反射型液晶素子駆動制御部２５を介して反射型液晶素子２０に画像信号に応じた電圧を画素毎に印加し画像を表示させ、また光学系位置検知部３２からの情報を加味しつつ、アクチュエータ駆動制御部３５を介しアクチュエータ３１を駆動制御し、投影光学系３０を光軸方向に移動させる。
【００３２】
撮像素子制御部及び撮像信号処理部５５では、制御部７０からの信号に基づいて、撮像素子５０の駆動及び撮像素子５０で得られた画像に関するデータから投影像のピント状態の検出演算をおこなう。
【００３３】
更に、制御部７０にはユーザ操作のための操作キー部７２が接続されており、該操作キー部７２からの入力により動作の切り替え動作（後述する光量調整操作を含む）が行われる。また、外部インタフェース７４は、外部機器との画像データの入出力に用いられる。
【００３４】
リモコン制御部及び通信部７５は、リモコン７６との通信及びリモコン７６からの入力を制御部７０に伝達する。本願のような小型の投影装置は、小型のモバイル機器に搭載される場合が多いと考えられる。小型のモバイル機器では、操作キーで入力する際に、機器自体が振動する可能性が高く、振動すると投影像が大きく揺れるため、リモコン制御部及び通信部７５とリモコン７６を備えて、投影装置１の本体に触れずに操作できるよう構成されていることが好ましい。
【００３５】
また、投影する画像データはフラッシュメモリ７８に格納され、制御部７０の信号に基づき、選択された画像データを送出する。
【００３６】
加速度センサ７７は、投影装置１が移動させられた動きを検知し制御部７０に加速度データを送出する。なお、８０は電池であり、電源回路８１を介して各部へ電力が供給される。
【００３７】
図３は、本実施の形態に係る投影装置１の動作概略を示すフローチャートである。以下、フローに従い説明する。尚、制御部７０は、メモリ７３内に、スクリーンの輝度と照明光量との関係（複数の組み合わせ）を示すテーブルを予め記憶しているものとする。かかるテーブルは、工場出荷時に記憶されたものであり、調整室内に載置された基準スクリーン（例えば白色のスクリーン）に対して基準光源（ここでは、三色LED）の駆動電流量又はデューティ比を変化させて（但し、各色光量バランスは略１：１：１に維持しながら）照射し、白色スクリーン上の輝度を「暗」から「明」へと５段階Ａ〜Ｅに変えた白色スクリーンをそれぞれ固体素子５０により撮像し、得られた白色スクリーンの輝度（撮像素子から得られた画像信号）と、５段階Ａ〜Ｅに変えた白色スクリーンに対して投影された基準画像（例えば、白一色からなる画像）がそれぞれ最も見やすくなるときのＬＥＤ光源１０の照明光量ａ〜ｅとを対応付けて記憶する。尚、ユーザーの好みに合わせることが出来るよう、更に照明光量ａ〜ｅを基準照明光量として、それより１段階暗い照明光量（ａ−１）〜（ｅ−１）と、逆に１段階明るい照明光量（ａ＋１）〜（ｅ＋１）とを、上述した５段階Ａ〜Ｅのスクリーンの輝度に対応づけたものを、併せてテーブルに記憶すると好ましい。
【００３８】
まず、操作キー部７２のパワースイッチをオンにすると、ステップＳ１０１にて、システムの初期化が行われる。システムの初期化とは、例えば、各部の通電及び動作可能状態（故障の有無）の確認及び、例えば反射型液晶素子２０を駆動して所定のテストチャートを投影し、これを撮像してＡＦ動作を行い投影光学系３０を最適なピント位置に移動させるものであるが、ピント位置に移動しなくても良い。
【００３９】
次いで、ステップＳ１０２にて、画像を投影する前の投影面６０全体を、撮像素子５０が撮像し、撮像信号に変換して出力するので、制御部７０は、かかる撮像信号を、撮像素子制御部及び撮像信号処理部５５が処理して、受光量（ここではスクリーンの輝度）を出力する。
【００４０】
ステップＳ１０３で、制御部７０はユーザーの設定を確認する。具体的に制御部７０は、ユーザーが操作キー部７２からの入力により、基準照明光量を指定していた場合には、スクリーンの輝度Ａ〜Ｅに対応して照明光量ａ〜ｅのいずれかを選択する。しかし、ユーザーが、基準より暗めの照明光量を指定していた場合には、スクリーンの輝度Ａ〜Ｅに対応して照明光量（ａ−１）〜（ｅ−１）を選択し、或いは基準より明るめの照明光量を指定していた場合には、スクリーンの輝度Ａ〜Ｅに対応して照明光量（ａ＋１）〜（ｅ＋１）を選択する。以下、ユーザーが基準照明光量を指定しているものとする。
【００４１】
ステップＳ１０２で求められた実際のスクリーンの輝度が例えばＢであった場合、ステップＳ１０４で、制御部７０は、記憶したテーブルからスクリーンの輝度Ｂに対応する照明光量ｂを呼び出して、ステップＳ１０５で、照明光量ｂと同等となるように照明光源制御部１５を制御して駆動電流量又はデューティ比を変化させ（但し、各色光量バランスは略１：１：１に維持しながら）、照明光源１０を発光させる。
【００４２】
その後、ステップＳ１０６で、反射型液晶素子２０は、フラッシュメモリ７８から選択して読み出した投影用画像を表示する。これにより、投影面６０には、最初の投影から適切な輝度の投影画像が得られる。
【００４３】
続くステップＳ１０７で、操作キー部７２のパワースイッチがオフの場合には、制御部７０が投影を終了するが、そうでなければ、ステップＳ１０６に戻って画像を投影し続ける。
【００４４】
尚、撮像素子５０は、実際の輝度値を得るために、必ずしも投影面６０の全体を撮像する必要はない。例えば、図４に示すように投影面６０を５分割した場合、最も画像信号の輝度値が高い領域（例えば屋内照明光の影響を受けやすい領域６０ｂ、６０ｃ）からの画像信号の輝度値に応じて、投射光量を決定しても良いし、各領域の画像信号を重み付けして（例えば中央の領域６０ａの輝度値を、周囲に領域の輝度値の２倍に重み付けする等）、得られた輝度値から投射光量を決定しても良い。各領域の画像信号の輝度値の平均値を求め、かかる平均値から投射光量を決定しても良い。又、ユーザーが領域を指定しても良い。投影面６０の分割数、形状は任意である。更に、記憶するテーブルにおける輝度値の段階数や、明るめ／暗めの段階数も任意である。
【符号の説明】
【００４５】
１  投影装置
１０  照明光源
１１  集光光学系
１２  偏光変換素子
１５  照明光源制御部
２０  反射型液晶素子
４１  λ／４波長板
２５  反射型液晶素子駆動制御部
３０  投影光学系
３１  アクチュエータ
３２  光学系位置検知部
３５  アクチュエータ駆動制御部
６０  投影面
７０  制御部（ＣＰＵ）
７２  操作キー部
７３  メモリ
７４  外部インタフェース
７５  リモコン制御部及び通信部
７６  リモコン
７７  加速度センサ
７８  フラッシュメモリ
８０  電池
８１  電源回路
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ
Ｒ  反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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