投影型影像显示装置和用于该装置的影像显示方法与流程

本发明涉及从背面或正面将影像投影到透射式的投影面上显示的投影型影像显示装置和用于该装置的影像显示方法。

背景技术：

投影型的影像显示装置作为大型的平面影像显示装置能够较为廉价地制造，其重量较轻且移动性较好，可用作电视接收机，并且进而利用其特征，例如可广泛用作例如教学领域和会议室中的影像显示装置。

作为供该投影型的影像显示装置将影像放大投影的屏幕，不限于目前常用的非透射式的屏幕，人们提出了各种方案，其中包括下述专利文献1和2所示的、可在考虑了设置场所等的基础上改变光的透射率的屏幕以及半透式的反射屏幕。进而，近年来，作为将建筑物的墙壁和窗户等结构体用作屏幕的技术，尤其是在下述专利文献3和4中，提出了一种在透明性的部件上进行投影的影像显示系统，而且还提出了供其使用的影像显示用透明部件。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2005-128343号公报

专利文献2：日本特开2006-243693号公报

专利文献3：日本特开2016-95456号公报

专利文献4：wo2015-186630号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

如上所述，在现有技术中，提出了一种代替一直以来的非透射式的屏幕，能够使用具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的半透式或透射式的屏幕，进而将作为建筑物的结构体的一部分的窗户等用作屏幕的投影型的影像显示装置。由此，因为未显示影像的情况下可看到背景，所以能够大幅提高影像投影位置的自由度。但是，如后文说明的那样，对于包括开始从影像显示装置投影影像时的影像的可辨识性在内的各问题点，现有技术完全没有考虑。因此，存在着很高的需求，要进行各种对于能够在透射式的屏幕上投影影像的影像显示装置而言必要的改进。

为此，本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，尤其是，对于在具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透射式或半透式屏幕上投影影像的影像显示装置，消除所投影的影像的可辨识性降低的问题。由此，其目的在于提供一种影像的投影位置的自由度得到提高，并且所投影的影像的可辨识性也得到提高的经过改进的投影型影像显示装置和用于该装置的影像显示方法。

解决问题的技术手段

为实现上述目的，本发明之一例提供一种投影型影像显示装置，用于将影像光投影显示在配置于空间内的透明或半透明的影像投影屏幕的背面或正面，至少包括：生成所述投影显示的影像光的单元；和将所述生成的影像光向所述透明或半透明的影像投影屏幕的背面或正面投影的光学单元，所述影像光生成单元包括为了使所述影像的观察者识别到该影像的投影位置而生成影像显示位置识别画面的单元。

此外，为实现上述目的，本发明提供一种影像显示方法，利用投影型影像显示装置将影像光投影显示在配置于空间内的透明或半透明的影像投影屏幕的背面或正面，其中，生成所述投影显示的影像光，将所述生成的影像光向所述透明或半透明的影像投影屏幕的背面或正面投影，在将所述影像光投影到所述透明或半透明的影像投影屏幕上时，在该影像光开始投影前，或与该影像光开始投影同时地，为了使所述影像的观察者识别到该影像的投影位置而将影像显示位置识别画面投影到所述透明或半透明的影像投影屏幕上。

发明效果

采用上述的本发明，尤其是对于能够提高影像的投影位置的自由度的、在具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透射式或半透式屏幕上投影影像的影像显示装置和用于该装置的方法而言，能够发挥良好的效果，即，消除在将影像投影到该透射式或半透式屏幕上显示时的影像的问题，提高其可辨识性。

附图说明

图1的(a)、(b)用于说明本发明的原理，是说明背投方式的投影板装置(背投式影像显示装置)中影像的显示的图。

图2的(a)、(b)用于说明本发明的原理，是说明正投方式的投影板装置(正投式影像显示装置)中影像的显示的图。

图3是表示本发明一实施方式的背投式影像显示装置中的影像显示方法之一例的图。

图4是表示明视标准相对视见率的曲线图，其中包含作为影像显示位置识别画面使用的相对视见率高的波长的彩色光。

图5的(a)、(b)是表示上述影像显示位置识别画面之一例的图。

图6是表示一实施方式的背投方式的投影板装置(背投式影像显示装置)的整体结构的正视图。

图7是表示本发明一实施方式的背投方式的投影板装置(背投式影像显示装置)的整体结构的侧视图。

图8是表示本发明一实施方式的背投方式的投影板装置(背投式影像显示装置)的整体结构的顶视图。

图9是表示其他实施方式的正投方式的小型投影板装置(正投式影像显示装置)的整体结构的正视图。

图10是正投方式的小型投影板装置(正投式影像显示装置)的整体结构的侧视图。

图11是正投方式的小型投影板装置(正投式影像显示装置)的整体结构的顶视图。

图12是原理性地表示上述背投方式和正投方式的投影板装置中使用的光扫描影像投影装置的图。

图13是表示构成上述光扫描影像投影装置的光扫描部的结构之一例的图。

图14是表示构成上述光扫描影像投影装置的光扫描部的动作之一例(光扫描部的摆角随相位的变化)的图。

图15是表示上述光扫描部的通常的谐振动作中的相位与摆角的关系的图。

图16是表示上述光扫描部的通常的谐振动作中的相位与扫描坐标的关系的图。

图17是表示上述背投方式的投影板装置中的屏幕的具体结构(圆形菲涅尔透镜)的图。

图18是表示上述背投方式的投影板装置中的屏幕的具体结构(线性菲涅尔透镜)的图。

图19的(a)、(b)是表示上述屏幕的更详细的结构的局部放大截面图。

图20是表示上述正投方式的投影板装置中的屏幕的具体结构(圆形菲涅尔透镜)的图。

图21是表示上述正投方式的投影板装置中的屏幕的具体结构(线性菲涅尔透镜)的图。

图22是表示上述屏幕的更详细的结构的局部放大截面图。

图23是表示其他实施例的投影型影像显示装置之一例的立体图。

图24是表示上述其他实施例的投影型影像显示装置的内部结构的例子的图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明一实施方式详细进行说明。在下述附图中，对于具有共同功能的构成要素标注相同标记，并且对于已经说明过的要素，之后省略其说明。

首先，附图1表示利用本发明一实施方式的所谓背投方式的投影板装置(即背投式影像显示装置)，在透明或半透明的投影屏幕130上投影影像前后的状态。该图中，投影屏幕130的背后(与观察者的视点y相反的一侧)，例如配置有家具和器具等物体s。

图1的(a)表示影像投影前的状态，由图中可知，对于观察者的眼睛y而言，配置在其相反侧的物体s隔着透明或半透明的投影屏幕130进入其视野。因此，通常情况下，虽然存在投影屏幕130，但是观察者的视点反而容易落到其相反侧的物体s上，即，视点(焦点)会移动到自观察者的眼睛y起深度d的位置上。

而在影像投影后的状态下，如图1的(b)所示，随着在投影屏幕130上出现影像，观察者会将其视点移动到所投影的影像、即投影屏幕130上，即，移动到自眼睛y起深度d＇的位置上。

这样，尤其是在将影像放大投影到具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明的投影屏幕130上显示的投影型影像显示装置中，会产生观察者要在影像显示的前后使其视点移动的必要。由于这一点，发明人通过研究发现，显示在投影屏幕130上的图像的可辨识性方面也产生问题，例如，可能会难以理解所显示的画面的细节。另外，尤其是在能够对显示画面进行规定的操作的具有所谓互动功能的投影型影像显示装置中，存在操作者即观察者难以掌握要操作的按钮等的位置(容易与之前视点所在的投影屏幕130后方的物体s的位置混淆)等问题。

这一点对于正投方式的投影板装置(即正投式影像显示装置)也是同样的，如图2的(a)和(b)所示，在透明或半透明的投影屏幕130上显示影像的前后，对于观察者来说，会产生需要突然使其视点移动的必要。

本发明是基于上述发明人的研究结果而完成的，以下叙述其概要。

即，由上述研究结果可知，在将影像投影到具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明的投影屏幕130上显示的情况下，对于观察者来说，非常重要的一点是使其预先或与影像的显示同时地在视觉上识别到显示影像的投影屏幕130的位置。为此，作为一例，如图3所示，在投影型影像显示装置或其影像显示方法中，可以在该装置起动后的开始影像显示的期间——尤其是开头的规定的期间，或者与影像的显示同时地，与要观看的影像一起显示识别画面。

更具体而言，例如，在装置的电源开关成为on状态的时刻，对影像观看者显示用于使其识别到影像的投影位置的影像即影像显示位置识别画面，之后再投影并显示要显示的影像。此时，使观看者先确认到标记(影像显示位置确认画面)(如图5的(a)所示)，之后投影要显示的影像(如图5的(b)所示)。

作为上述影像显示位置识别画面，能够使用绿色(555nm)这一相对视见率高的波长的颜色，或者使用同样的相对视见率高的黄色或橙色等构成画面(参照图4)。例如，如图5(a)所示，作为影像显示位置识别画面500，可以考虑使用由包括该绿色在内的相对视见率高的颜色构成投影屏幕130上的显示画面的整体或一部分(例如其中心部或周边部)而形成的画面。另外，作为影像显示位置识别画面500，如图5(b)所示，可以不单独显示而是在所显示的影像的一部分(例如其中心部c或周边部p)同时显示该画面，此外，通过利用闪烁或其他方法使观察者在视觉上识别到显示影像的投影屏幕130的位置，也可以得到同样的效果，这一点对于本领域技术人员而言是理所当然的。

接着，下面说明基于上述本发明的原理而得到的投影型影像显示装置和供该装置投影影像的透明或半透明的屏幕的更具体的例子。

＜实施例＞

图6～图8是表示包括具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明的投影屏幕130，和从该屏幕的背面一侧投影影像的背投方式的投影板装置(即背投式影像显示装置)的系统的整体结构的正视图、侧视图以及顶视图。该例中，作为投影屏幕130，表示了其投影(显示)面的宽高比例如为16：9的横长的情况。具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的该透明或半透明的投影屏幕130被支承框111包围其周围，并且在其下部的支承框加强部件110的大致中央部，在显示面一侧安装有“コ”或“u”字形地突出的把手112。

具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明的投影屏幕130由屏幕保持部(支架)113例如在包括教室或会议室等在内的室内空间内配置成直立的状态、即与地板面垂直。更具体而言，在屏幕保持部(支架)113的上部，安装有外形呈盒形的屏幕保持部114，上述投影屏幕130以可拆装的方式安装并固定在屏幕保持部114的顶面。在该屏幕保持部(支架)113的下端，形成有一部分被切除的外形大致为椭圆形的脚部115(参照图8)。进而，在脚部的底面设置有移动用的脚轮116，由此实现了装置整体可容易地移动的投影板。

进而，在上述屏幕保持部114的背面一侧，以可拆装的方式设置有投影仪设置部117，该投影仪设置部117是用于在其内部配置具体结构后述的光扫描型的影像投影装置的部件。标记118表示投影仪设置部117的一部分，是形成光扫描型的影像投影装置的收纳空间的壁部。根据上述结构，由图中可知，仅通过载置在投影仪设置部117上，就能够将光扫描型的影像投影装置相对于上述投影屏幕130配置在要求的位置。图中的标记119表示透射窗，其安装在上述投影仪设置部117的一部分，用于使来自光扫描型的影像投影装置的影像光透射到外部(即向着投影屏幕130透射)，例如可以是单纯的开口，或者也可以嵌入玻璃等透明体。

图9～图11是表示本发明其他实施方式的整体结构的正视图、侧视图，该实施方式是能够放置在例如桌台等的顶面的台式的小型投影型影像显示装置，与上述实施例不同，是从屏幕的正面一侧投影影像的所谓正投方式的投影板装置(即正投式影像显示装置)。这些图中，标记130也表示具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明的投影屏幕。该投影屏幕130被支承框111包围其周围，并且在其下部的支承框加强部件的大致中央部，设置有大致椭圆形状的屏幕保持部114，上述投影屏幕130被可拆装地固定在屏幕保持部114上。

该例中，在屏幕保持部114的前面一侧配置有投影仪设置部117，该投影仪设置部117是用于在其内部配置光扫描型的影像投影装置的部分。图10表示光路偏转反射镜3从投影仪设置部117突出的状况，图11表示影像投影装置的顶视图。

＜投影型影像显示装置＞

接着，图12原理性地表示了光扫描影像投影装置10的一个例子，该光扫描影像投影装置10构成了在上述背投方式和正投方式的投影板装置(背投式和正投式影像显示装置)中，将要求的影像投影到上述投影屏幕130上的光扫描型的影像投影装置。即，图中，通过利用具有转动轴的扫描反射镜(光扫描部)1使来自光源部4的激光反射，能够使激光进行扫描。从概念上来看，调制后的各像素201沿着扫描轨迹202在像面上二维状地扫描，从而在上述投影屏幕130上显示要求的影像。

图中的标记300是用于控制扫描反射镜(光扫描部)1和光源部4的控制部，例如，如图所示，由执行规定的运算处理的cpu301、形成存储部的ram302和rom303等构成。该控制部300控制上述扫描反射镜(光扫描部)1的动作，并且基于来自外部的影像信号控制从光源部4的激光的产生，由此投影要求的影像光。

＜影像显示位置识别画面＞

控制部300利用cpu301执行预先存储在作为存储部的rom303等中的指令，来执行上述图3所述的影像显示位置识别画面的显示。图5表示了其一例的影像显示位置识别画面例如预先存储在作为存储部的rom303等中，能够容易地形成该画面。

接着，使用图13说明上述光扫描部1中的二维状的偏转作用的细节。在图中的光扫描部1中，使激光按反射角度偏转的扫描反射镜面1a与在同一轴上隔着扫描反射镜面1a相对配置的第一扭簧1b连结。扭簧1b与保持部件1c连结，保持部件1c进而与第二扭簧1d连结。并且，在关于各扭簧1b和1d大致对称的位置上，配置有未图示的永磁体和线圈。这些线圈以与扫描反射镜1的反射镜面1a大致平行的方式形成，在扫描反射镜1的反射镜面1a静止的状态时，产生与反射镜面1a大致平行的磁场。当有电流在线圈中流动时，根据弗莱明左手定则，产生与反射镜面1a大致垂直的洛仑兹力。

由此，反射镜面1a转动至洛仑兹力与扭簧1b和1d的复原力取得平衡的位置。对于扭簧1b，通过以反射镜面1a的谐振频率对线圈供给交流电流，反射镜面1a进行谐振动作。同样地，对于扭簧1d，通过以反射镜面1a和保持部件1c的整体的谐振频率对线圈供给交流电流，反射镜面1a和扭簧1b以及保持部件1c进行谐振动作。由此，能够在2个方向上进行不同谐振频率的谐振动作。

更详细而言，在图14中，使光扫描部的反射面即扫描反射镜1的转动角为β/2，则反射光线的角度即扫描角的变化为其2倍即β。此处，在扫描反射镜1与像面20之间没有配置光学元件的情况下，扫描角β等于像面20上的入射角α。从而，某一投影距离下的扫描像的大小由扫描反射镜1的转动角β/2决定。

接着，使用图15和图16说明扫描反射镜1的动作即通常的谐振作用。在转动角±β/2的扫描反射镜1进行谐振动作、即正弦波状地进行驱动的情况下，扫描反射镜1的方向在±β/2的范围内正弦波状地变化。具体而言，图15表示使用转动角±5.3度的扫描反射镜1的情况的例子，扫描角为2倍即±10.6度，像面上的入射角也是±10.6度。图16的扫描坐标是确保了光学元件的配置空间的情况下的像面上的扫描坐标，具有与图15相似的正弦波状的特征。

就扫描反射镜1的驱动方式来说，除了转动角呈正弦波状变化的谐振型反射镜以外，还存在转动角呈锯齿波状变化的检流计反射镜(galvanometermirror)，但在进行高分辨率的显示时，驱动频率大的共振型反射镜较为合适。

另外，上述说明中，对上述具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的投影屏幕130投影影像的光扫描影像投影装置10被配置成，在投影屏幕130的下部——更具体地说在投影屏幕130的背面一侧与其周围的一部分相邻，即，配置在沿着屏幕的底边设置于大致中央部的投影仪设置部117的内部。不过，光扫描影像投影装置10不限于上述例子，也可以代替上述例子，例如沿着屏幕的顶边或侧边设置，这对于本领域技术人员是理所当然的。另外，如后所述，与屏幕的周围的一部分相邻地设置的光扫描影像投影装置10，不仅限于上述的1台，也可以设置多台。

＜具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明屏幕＞

接着，图17、图18表示上述背投方式的投影板装置(背投式影像显示装置)的具有透射特性——在影像未投影的情况下可看到背景——的透明或半透明的投影屏幕130的具体结构。该投影屏幕130例如由聚碳酸酯等的板、或者pet片等片状的树脂材料或玻璃板构成。由图中可知，其背面(即与观察者一侧相反的光源一侧)具有连续的三角形(锯齿波状)的截面，形成有大量的光路改变单元61，该光路改变单元61具有使形成上述扫描画面的光(激光)折射而变成去往观察者(即观众)一侧的光的作用。即，利用该光路改变单元61，将光的方向变换为与扫描画面大致垂直的方向，出射到扫描图像观看侧。作为该光路改变单元61的具体例，例如可以形成为如图17所示的(偏心)圆形菲涅尔透镜，或者也可以形成为如图18所示的线性菲涅尔透镜。

进而，如图19的(a)所示，也可以在这些光路改变单元61之间设置规定距离的平坦部62(半透明型)。在本例中，这些光路改变单元61例如以30μm～100μm程度的间距(间隔)形成。并且如图19的(b)所示，在投影屏幕130的背面(即形成了光路改变单元61的面)还可以设置透明的板状的保护板65。

图20～图21表示上述正投方式的投影板装置(正投式影像显示装置)的投影屏幕130的具体结构。该投影屏幕130在其背面(即与观察者一侧相反的一侧)具有连续的三角形(锯齿波状)的截面，形成有大量的光路改变单元61，该光路改变单元61具有使从正面(观看侧)入射的形成上述扫描画面的光(激光)折射而变成去往观察者(即观众)一侧的光的作用。即，利用该光路改变单元61，将光的方向变换为与扫描画面大致垂直的方向，出射到扫描图像观看侧。作为该光路改变单元61的具体例，例如可以形成为如图20所示的(偏心)圆形菲涅尔透镜，或者也可以形成为如图21所示的线性菲涅尔透镜。

进而，如图22所示，也可以在这些光路改变单元61之间设置规定距离的平坦部62(半透明型)。另外，这些光路改变单元61可以通过优化材料的折射率和菲涅尔角来使得影像光线发生全反射，也可以如上述图19的(b)所示那样，设置由金属膜或对特定偏振具有高反射率的金属多层膜形成的反射膜64。在本例中，该光路改变单元61例如以30μm～100μm程度的间距(间隔)形成。除此之外，在投影屏幕130的背面(即形成了光路改变单元61的面)还可以设置透明的板状的保护板65。

在形成这些光路改变单元61的倾斜面63上，如上所述例如形成有铝等金属膜或ti、nb、si等的金属多层膜，由此形成光(激光)的反射面。在使用本实施例所述的倾斜投影光学系统的情况下，尤其优选使用菲涅尔中心不在扫描画面上的偏心菲涅尔透镜。另一方面，若使用线性菲涅尔透镜，能够通过例如辊轧工艺等较为容易地制造、适合大量生产，所以能够廉价地制造大型的屏幕。

另外，利用在投影屏幕130的形成了光路改变单元61的面上设置的透明的板状的保护板65，能够保护投影屏幕130不受来自背面一侧的机械冲击破坏。另外，通过使光路改变单元61与外部空气隔离，不容易出现空气中的灰尘等的堆积，能够使投影屏幕130长期维持良好的状态。

利用这样的投影屏幕130，在为了减少入射面上的反射损失而采用全反射方式的情况下，能够得到反射损失少的优秀的扫描图像，换言之，能够实现光的利用效率高的功耗超低的装置。

另一方面，采用上述图17～图22所示的由半透明型的片材构成的投影屏幕130，在影像未投影的情况下，投影屏幕130从观察者一侧看来是透明或半透明的。从而可得到这样的优点，即，包括装置在其所配置的室内的存在感等在内，能够对背投式影像显示装置整体的设计性进行各种改进。

另外，在以上所示的投影屏幕130中，通过适当设定形成在光路改变单元61的倾斜面63上的铝等金属膜的厚度，能够得到要求的透明度(半透明的程度)。作为一例，例如通过使铝金属膜的厚度为大致70nm～80nm，可得到对光的透射率为50％、反射率为50％的投影屏幕130。

另外，对于从光扫描型影像投影装置出射并被上述投影屏幕130的光路改变单元61反射到规定方向上的激光，考虑其反射特性，优选采用s偏振光。因此，在光扫描型影像投影装置的输出部，可以设置用于将p偏振光转换为s偏振光的滤光片等。

由以上可知，采用上述本发明的背投方式和正投方式的投影板装置(背投/正投式影像显示装置)，能够通过扫描反射镜(光扫描部)利用来自光源部的相干光，即通过使激光反射来进行扫描，从而在上述透明或半透明的投影屏幕130上显示影像。由此，能够提供一种可移动性优秀的、能够降低功耗的背投式影像显示装置，并且，包括装置的小型、轻量化和设计性在内能够得到改进。

另外，除了以上叙述的投影屏幕130之外，也能够采用具有上述现有技术中记载的结构的由透明或半透明型的片材构成的屏幕。进而，还能够将构成建筑物的透明或半透明的墙壁(隔板)和窗户等结构体用作屏幕。

另外，如上所述，在将影像投影到投影屏幕130上显示时，对观察者预先或与影像的显示同时地显示用于使其在视觉上识别到显示影像的投影屏幕130的位置的、所谓影像显示位置识别画面500(参照上述图5)。由此，即使在例如将透明或半透明的窗户或墙壁(隔板)用作屏幕来显示影像的情况下，也能够不使观察者感到不自然地进行影像的投影显示。

＜其他实施例＞

在以上说明中，描述了在背投式影像显示装置中，利用扫描反射镜(光扫描部)使来自光源部的相干光即激光扫描而形成影像的情况。但本发明并不仅限定于此，例如也能够采用通常的影像投影装置400，其如附图23和图24所示，利用液晶显示元件(液晶面板)p1将来自光源p0的光调制成影像光，之后利用包括透镜l1～l14和反射镜103等的光学系统，将调制后的影像光投影到透明或半透明的投影屏幕130上进行显示。

此时也同样地，在将影像投影到屏幕上显示时，对观察者预先或与影像的显示同时地显示用于使其在视觉上识别到显示影像的屏幕的位置的、所谓影像显示位置识别画面500(参照上述图5)。由此，能够不使观察者感到不自然地进行影像的投影显示。

以上对各种实施例详细进行了说明，但本发明不仅限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例为了易于理解地说明本发明而详细说明了整个装置，但并不限于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上增加其他实施例的结构。并且，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

附图标记说明

130……投影屏幕(透明或半透明屏幕)，10……光扫描影像投影装置，1……光扫描部，1a……扫描反射镜，400……投影型影像显示装置，500……影像显示位置识别画面。