專利名稱：圖像投射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像投射裝置，特別涉及在使用相干光的光信息領域中適用的圖像投射裝置。
背景技術：
作為現(xiàn)有技術的圖像投射裝置(例如專利文獻1)，說明使用激光的圖像投射裝置。
圖11表示現(xiàn)有的圖像投射裝置的結構圖。
該圖像投射裝置100，作為發(fā)生紅、藍、綠三色的激光P1、P2、P3的短波長激光光源而具有激光器1、2、3。另外，圖像投射裝置100具有反射鏡4a、4b、4c、5a、5b、5c、透鏡系統(tǒng)6a、6b、液晶單元7。這里，作為紅色激光光源1使用半導體激光器、作為藍色激光光源2以及綠色激光光源3分別使用對于半導體激光器的輸出進行波長變換的部件。另外，在該圖像投射裝置100中使用的屏幕10是在通常的使用水銀燈的投影儀中使用的增益1的屏幕，尺寸為90英寸。
下面說明動作。
在這樣構成的圖像投射裝置中，從短波長激光光源1～3射出的紅、藍、綠三色的激光P1～P3通過液晶單元7照射在屏幕10。
詳細說明的話，紅色激光器1連續(xù)發(fā)光動作，從該激光器1射出的激光P1，由反射鏡4a及5a反射而改變方向。由該反射鏡5a反射的激光P1用透鏡系統(tǒng)6a投射到液晶單元7上，在這里由圖像信號調(diào)制。由液晶單元7調(diào)制的激光P1由透鏡系統(tǒng)6b放大，投射到屏幕10上。另外，從藍色激光器2以及綠色激光器3射出的激光P2、P3，分別由反射鏡4b及4c反射，進而由反射鏡5b、5c與來自上述紅色激光器1的激光P1光軸一致那樣反射，用透鏡系統(tǒng)6a投射到液晶單元7上。投射到液晶單元7上的激光P2、P3分別在該液晶單元7內(nèi)由圖像信號調(diào)制，該被調(diào)制的激光P2、P3由透鏡系統(tǒng)6b放大，投射到屏幕10上。
這里，對于上述液晶單元7中的三色的激光P1～P3的調(diào)制，按每一種顏色分時進行。
通過人從屏幕前面即激光投射側觀察屏幕10的反射、散射光，從而能夠看見在屏幕10上投影的圖像。
此外，在該圖像投射裝置100中，產(chǎn)生全白時在屏幕10上成為200流明左右的亮度。
專利文獻1國際公開第96/03877號說明書但是，上述那樣的現(xiàn)有的圖像投射裝置，如將它拿在手中進行投射，則會產(chǎn)生手抖動。例如，通常手以數(shù)Hz微小地抖動。該手抖動因為越是圖像投射裝置到屏幕的距離變大而放大倍率變高，對投射圖像的影響越難避免，所以用它投射的圖像變得難以觀看。
另外，現(xiàn)在的投影儀的電力為200W或以上，因此由于光源產(chǎn)生的熱，裝置框架熱到不能用手拿的程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題提出，其目的是提供一種圖像投射裝置，它能夠用手拿著進行圖像的投射，或者在用手拿著進行投射時能夠防止由于手抖動而紊亂所投射的圖像。
為解決上述問題，本發(fā)明的方案1涉及的圖像投射裝置，用于投射圖像，其特征在于，具有檢測該圖像投射裝置的手抖動的量的手抖動檢測單元、和根據(jù)該檢測到的手抖動的量進行手抖動的修正的手抖動修正單元。
由此，在手持著投射圖像時，能夠防止投射的圖像由于手抖動被紊亂。例如，即使在乘坐交通工具時，也能夠像放在三腳架上那樣，穩(wěn)定地捕捉投射的圖像、且捕捉到細膩的皮膚的質(zhì)感。另外當然能夠防止圖像投射時的圖像的閃爍，大幅度減輕由于圖像閃爍引起的眼的疲勞。
另外，本發(fā)明的方案2所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案1所述的圖像投射裝置中，具有至少發(fā)生紅、藍、綠三色激光的短波長激光光源，上述手抖動修正單元在投射圖像時，修正從上述短波長激光光源射出的紅、藍、綠三色激光的投射位置以使其無偏離。
由此，因為使用短波長激光光源，所以能夠使發(fā)光效率以及傳輸效率良好，大幅度減低消費電力，抑制熱的發(fā)生。另外，因為上述短波長激光光源是單色光而無像差，所以能夠簡單地修正手抖動，另外，能夠提高手抖動修正的精度。
另外，本發(fā)明的方案3所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，使上述三色激光在掃描區(qū)域上進行掃描而形成圖像。
由此，因為不需要液晶單元那樣的2維圖像設備，所以對于小型化、減輕重量有利，例如，通過使用部件，能夠使裝置更加小型化。
另外，本發(fā)明的方案4所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，至少一個短波長激光光源由射出紅外激光的紅外半導體激光器、和波長變換從該紅外半導體激光器射出的紅外激光后輸出的波長變換元件組成，從上述紅外半導體激光器射出的紅外激光的、未被波長變換的一部分光向外部空間放出。
由此，能夠大幅度減低裝置內(nèi)部的溫度上升，能夠?qū)崿F(xiàn)更加容易使用的手持圖像投射裝置。
另外，本發(fā)明的方案5所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，具有攝像裝置，在投射來自上述短波長激光光源的激光時，由上述攝像裝置檢測所述激光的投射位置。
由此，能夠由攝像裝置進行手抖動的檢測，不需要用于檢測手抖動的機構。
另外，本發(fā)明的方案6所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案5所述的圖像投射裝置中，投射上述圖像的投射光學系統(tǒng)通過自動聚焦功能來對準使上述被投射的圖像的焦點。
由此，能夠使自動對準屏幕上的投射圖像的焦點，能夠在投射后立即現(xiàn)出清晰的圖像。
另外，本發(fā)明的方案7所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，投射上述圖像的投射光學系統(tǒng)在投射上述圖像時，梯形地修正被投射的圖像。
由此，能夠在對投射面斜著投射圖像的情況下防止投射圖像以梯形形狀失真。另外，在用攝像裝置拍攝投射圖像時，能夠使拍攝的圖像更加自然。
另外，本發(fā)明的方案8所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，具有攝像裝置，將紅外激光照射在投射范圍外的區(qū)域，通過上述攝像裝置檢測來自投射范圍外的區(qū)域的紅外激光。
由此，即使在屏幕全白、在屏幕上沒有成為目標的標記的情況下，也能夠根據(jù)攝影屏幕外區(qū)域的圖像正確地檢測投射位置，能夠提高手抖動修正精度。
另外，本發(fā)明的方案9所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，在投射上述圖像時，通過上述攝像裝置檢測投射區(qū)域上的成為記號的部分。
由此，能夠正確地檢測投射位置，能夠提高手抖動的修正精度。
另外，本發(fā)明的方案10所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案2所述的圖像投射裝置中，投射上述圖像的投射光學系統(tǒng)具有在其光軸上配置的、具有偏振光特性的棱鏡。
由此，通過把投射的激光變成直線偏振光，能夠防止投射圖像時的棱鏡中的光量損失，在暗的場所也能使用。
另外，本發(fā)明的方案11所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在進行圖像投射的圖像投射裝置中，具有包含短波長激光光源、投射從該短波長激光光源射出的激光的投射光學系統(tǒng)、和通過該投射光學系統(tǒng)取入外部光的攝像裝置。
由此，能夠大幅度減低裝置內(nèi)部的溫度上升，能夠?qū)崿F(xiàn)更容易手持的圖像投射裝置，另外，能夠同時或者切換進行圖像的投射和圖像的攝影。
另外，本發(fā)明的方案12所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案11所述的圖像投射裝置中，上述投射光學系統(tǒng)通過自動聚焦功能來對準上述投射的圖像的焦點。
由此，能夠自動對準屏幕上的投射圖像的焦點，能夠在投射后立即現(xiàn)出清晰的圖像。
另外，本發(fā)明的方案13所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案11所述的圖像投射裝置中，上述投射光學系統(tǒng)在上述圖像投影時，梯形地修正投射的圖像。
由此，能夠在對投射面斜著投射圖像的情況下防止投射圖像以梯形形狀失真。另外，在用攝像裝置拍攝投射圖像時，能夠使拍攝的圖像更加自然。
另外，本發(fā)明的方案14所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案11所述的圖像投射裝置中，上述投射光學系統(tǒng)具有在其光軸上配置的、具有偏振光特性的棱鏡。
由此，通過把投射的激光變成直線偏振光，能夠防止投射圖像時的棱鏡中的光量損失，在暗的場所也能使用。
另外，本發(fā)明的方案15所涉及的圖像投射裝置的特征在于，在方案11所述的圖像投射裝置中，上述短波長激光光源由射出紅外激光的紅外半導體激光器、和波長變換從該紅外半導體激光器射出的紅外激光后輸出的波長變換元件組成，從上述紅外半導體激光器射出的紅外激光的、未被波長變換的一部分光向外部空間放射。
由此，能夠大幅度減低裝置內(nèi)部的溫度上升，能夠?qū)崿F(xiàn)更加容易使用的手持圖像投射裝置。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠搬運且手持著進行圖像投射的圖像投射裝置。另外，在手持投射圖像時，能夠防止由于手抖動紊亂投射的圖像，其工業(yè)價值極大。
亦即根據(jù)本發(fā)明的圖像投射裝置，因為通過光學修正方式，對應由于手抖動引起的晃動而改變光學系統(tǒng)的光路，所以是能夠即時修正手抖動這樣的劃時代的產(chǎn)品。例如，即使在交通工具中等那樣不穩(wěn)定的場所中，也能夠像支在三角架上那樣防止投射的圖像紊亂使之穩(wěn)定，能夠捕捉細膩的肌膚的質(zhì)感。當然，也能夠大幅度地減輕由于圖像的閃爍引起的眼的疲勞。
另外，根據(jù)本發(fā)明的圖像投射裝置，通過配備攝像裝置，能夠進行圖像的投射和攝影兩者，另外，通過同時或者切換進行圖像的投射和攝影，能夠擴展用途，打開游戲等新的世界。
另外，根據(jù)本發(fā)明的圖像投射裝置，因為作為光源使用短波長激光光源，所以發(fā)光效率以及傳輸效率良好，能夠大幅度減低消費電力，抑制熱的發(fā)生。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)手持的圖像投射裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的圖像投射裝置，在光源中使用直線偏振光的短波長激光光源，通過在光源光的光路上配置的棱鏡中使用偏振光特性的部件，能夠在投射圖像時無損失地全部使用光源的光量。


圖1是本發(fā)明的第一實施形態(tài)的圖像投射裝置的整體結構圖。
圖2是用于說明上述的第一實施形態(tài)的圖像投射裝置的原理的概略圖。
圖3是用于說明上述第一實施形態(tài)的手抖動修正的圖，表示激光投射單元的光軸位于屏幕中央的狀態(tài)(圖(a))，激光投射單元的光軸向屏幕的上方向側抖動時的手抖動修正光學系統(tǒng)的動作(圖(b))，激光投射單元的光軸向屏幕的下方向側抖動時的手抖動修正光學系統(tǒng)的動作(圖(c))。
圖4是本發(fā)明的第二實施形態(tài)的圖像投射裝置的整體結構圖。
圖5是用于說明上述的第二實施形態(tài)的圖像投射裝置的原理的概略圖。
圖6是用于說明上述第二實施形態(tài)的手抖動修正的圖，表示激光投射單元的光軸位于屏幕中央的狀態(tài)(圖(a))，激光投射單元的光軸向屏幕的上方向側抖動時的手抖動修正光學系統(tǒng)的動作(圖(b))，激光投射單元的光軸向屏幕的下方向側抖動時的手抖動修正光學系統(tǒng)的動作(圖(c))。
圖7是表示上述第二實施形態(tài)中的、手抖動修正光學系統(tǒng)的三個具體例(圖(a)、圖(b))。
圖8是用于說明本發(fā)明的第三實施形態(tài)的圖像投射裝置的原理的概略圖，表示圖像投射狀態(tài)(圖(a))、圖像攝影狀態(tài)(圖(b))。
圖9是本發(fā)明的第四實施形態(tài)的圖像投射裝置的整體結構圖。
圖10是表示本發(fā)明的第四實施形態(tài)的圖像投射裝置的另一例子的整體結構圖。
圖11是現(xiàn)有的圖像投射裝置的整體結構圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
(第一實施形態(tài))圖1表示作為本發(fā)明的第一實施形態(tài)的圖像投射裝置的激光投射裝置的結構圖。這里，以向屏幕前面投射激光、人從該屏幕前面觀察圖像為例進行說明。
本實施形態(tài)的激光投射裝置(下面稱圖像投射裝置)101，作為紅、藍、綠三色的短波長光源具有直線偏振光的激光器1、2、3，作為投射圖像的屏幕10使用反射從所述激光器發(fā)生的紅、藍、綠三色的激光P1、P2、P3的屏幕。另外，圖像投射裝置101具有反射鏡4a、4b、4c、5a、5b、5c；透鏡系統(tǒng)6a、6b和液晶單元7。此外，激光器1、2、3以及反射鏡4a、4b、4c、5a、5b、5c構成該圖像投射裝置101的、射出用于投射圖像的三色激光的激光投射單元50。
這里，透鏡系統(tǒng)6b包含投射透鏡，透鏡系統(tǒng)6a包含場透鏡。各激光的波長，是藍光465nm、綠光532nm、紅光635nm。另外，作為紅色激光器1使用635nm的紅色半導體激光器，作為藍色激光器2、以及綠色激光器3使用通過半導體激光的波長變換的短波長激光光源，亦即由紅外半導體激光器和波長變換其輸出光的波長變換元件組成的組件。波長變換元件使用摻雜(ド一プ)MgO的LiNbO3基板。
藍色用以及綠色用的激光器2、3，因為同樣是進行波長變換的元件，所以簡單地用綠色用激光器3說明。這里，紅外半導體激光器是波長1060nm、光輸出功率500mW的激光器。使用了波長變換的綠色用激光器，通過上述波長變換元件對于光輸出功率500mW的紅外半導體激光器的輸出光進行波長變換，通過該波長變換取出100mW的綠色光(波長530nm)，向空間放射未被紅外光變換的400mW的弱光。再有，在向外部射出未被波長變換元件變換的光時，如果使用散射體使該光散射，則能夠?qū)崿F(xiàn)能夠把不需要的激光安全地向外部發(fā)射的圖像投射裝置。
然后，該第一實施形態(tài)的圖像投射裝置101具有在激光P1、P2、P3的光路上配置的手抖動修正光學系統(tǒng)110、具有兩個振動回轉儀(未圖示)的、檢測手抖動的量的手抖動檢測機構(手抖動檢測部)70、對應于手抖動量而驅(qū)動該手抖動修正光學系統(tǒng)110的、與上述手抖動修正光學系統(tǒng)110一起構成手抖動檢測部的光學驅(qū)動機構110a、使用CCD23的攝像裝置60、在激光P1、P2、P3的光路上配置的棱鏡24。這里，該棱鏡24具有偏振光特性，使來自激光光源的直線偏振光的激光不是反射而是透過，把從裝置外部通過透鏡系統(tǒng)6b以及手抖動修正光學系統(tǒng)110取入的光的一部分向CCD23反射。另外，在本第一實施形態(tài)中，上述激光投射單元50、透鏡系統(tǒng)6a、6b、液晶單元7、手抖動修正光學系統(tǒng)110、棱鏡24構成投射激光的投射光學系統(tǒng)。
下面說明動作。
從這樣構成的圖像投射裝置101向屏幕10投射載有圖像信息的激光P1、P2、P3時，在屏幕上形成圖像。
另外，在該第一實施形態(tài)中，因為通過手抖動修正光學系統(tǒng)110進行手抖動修正，所以屏幕10上的圖像幾乎不受手抖動的影響。另外，因為屏幕反射的激光由棱鏡24向CCD23分支，所以能夠或觀察或攝影屏幕10上的圖像。
下面使用圖2說明本第一實施形態(tài)的圖像投射裝置101的手抖動修正的結構。在圖2中，給和圖1相同的構成要素賦予相同的符號。
手抖動由手持的圖像投射裝置101的微小振動引起。因此，如果圖像投射裝置101與手抖動的量吻合地移動手抖動修正光學系統(tǒng)110，則在屏幕10上顯現(xiàn)的圖像就不動。
在本第一實施形態(tài)中，手抖動修正光學系統(tǒng)110做成凸透鏡。此外，手抖動修正光學系統(tǒng)110不限于凸透鏡，只要具有通過它的移動等能改變通過該光學系統(tǒng)的光的行進方向的功能即可，例如也可以是凹透鏡。另外，形狀不限于透鏡形狀，只要是具有折射率分布的形狀，平板形狀的也可以。
使用圖3具體說明使用手抖動修正光學系統(tǒng)110的手抖動修正。
圖3(a)表示圖像投射裝置101的激光投射單元50的光軸A與屏幕10的中央C一致的狀態(tài)。
如圖3(b)所示，在由于手抖動，激光投射單元50的光軸A在比屏幕10的中央向上的方向偏離的情況下，在與該光軸A垂直的面內(nèi)使作為手抖動修正光學系統(tǒng)110的凸透鏡向上方平行移動。由此，來自激光投射單元50的激光P通過手抖動修正光學系統(tǒng)110折射，能夠修正由于手抖動產(chǎn)生的圖像投射位置的偏離，亦即投射的圖像的中心離開屏幕10的中央C的偏離。另外，如圖3(c)所示，在由于手抖動而激光投射單元50的光軸在比屏幕10的中央C向下的方向偏離的情況下，在與該光軸A垂直的面內(nèi)使作為手抖動修正光學系統(tǒng)110的凸透鏡向下方平行移動。由此，來自激光投射單元50的激光P通過手抖動修正光學系統(tǒng)110折射，能夠修正由于手抖動產(chǎn)生的圖像投射位置的偏離。此外，實際上，因為在垂直方向和水平方向兩個方向上產(chǎn)生手抖動，所以，使手抖動修正光學系統(tǒng)110在垂直光軸A的面內(nèi)上下左右平行移動，修正由于手抖動引起的圖像的投射位置的偏離。
另外，在該第一實施形態(tài)中，檢測手抖動的手抖動檢測機構70，使用檢測上下振動的振動回轉儀和檢測左右振動的振動回轉儀的兩個振動回轉儀。
然后，如手抖動檢測機構70檢測出手抖動，則向手抖動修正光學系統(tǒng)110輸出表示該手抖動的量的信號。于是，光學系統(tǒng)驅(qū)動機構110a對應于檢測出的手抖動的量，在與激光投射單元50的光軸A垂直的面內(nèi)平行移動手抖動修正光學系統(tǒng)110。由此，在抵消由于手抖動引起的激光投射單元50的光軸的偏離的方向上折射來自激光投射單元50的激光，修正投射的圖像的手抖動。
從手抖動的檢測到手抖動修正光學系統(tǒng)110的平行移動為止的應答時間，僅為1/200秒。該手抖動修正的效果，遠高于可以視為人連續(xù)動作的幀周期，即一秒內(nèi)切換60幀的圖像的速度，所以能夠完全消除手抖動的影響。此外，手抖動修正是在屏幕10上投射圖像期間經(jīng)常作用的功能。
下面說明使用具有本發(fā)明的攝像裝置的圖像投射裝置的投射以及攝影。
上述的使手抖動修正光學系統(tǒng)平行移動的光學移動方式的手抖動修正機構，因為能夠用高速·高精度進行手抖動修正，所以能夠把該圖像投射裝置的攝像裝置作為攝像機采用。因此，這樣的圖像投射裝置，通過切換圖像的投射和攝影，在處理運動圖像的圖像處理的領域也能夠發(fā)揮高的性能。
下面說明激光投射部分的動作。
該激光的投射和現(xiàn)有方式同樣進行。
簡單地說，從激光器1射出的激光P1，由反射鏡4a以及5a反射，通過透鏡系統(tǒng)6a投射到液晶單元7上。從藍色激光器2以及綠色激光器3射出的激光P2、P3分別由反射鏡4b、4c反射，進而由5b、5c反射以使與上述來自紅色激光器1的激光P1光軸一致，由透鏡系統(tǒng)6a投射到液晶單元7上。在上述液晶單元7中，對于三色的激光P1～P3的調(diào)制，按每一種顏色分時進行。然后，被調(diào)制的激光P1～P3分別由透鏡系統(tǒng)6b放大，投射到屏幕10上。
通過人在屏幕前面即激光投射側觀察屏幕10的反射光、散射光，從而能夠看到上述那樣在屏幕10上投射的圖像。
在該實施形態(tài)中，從光輸出功率500mW的紅外半導體激光中取出100mW的綠色光(波長530nm)，總計的消費電力為5W。因為未用紅外光變換的400mW的弱的光向空間放射，所以不對在圖像投射裝置內(nèi)部的溫度產(chǎn)生起作用，能夠把裝置溫度抑制得低。亦即，在通常的圖像投射裝置中，未被變換的紅外光成為雜散光，或者由紅外截止濾光片吸收，引起裝置內(nèi)部的溫度上升，但是在本發(fā)明的圖像投射裝置中，如上所述，因為把未被變換的紅外光向空間放射，所以能夠防止裝置內(nèi)部的溫度上升，在手持投射圖像投射裝置時發(fā)揮威力。
如上所述，通過使在半導體激光器中綠色為100mW、藍色為100mW、紅色為150mW構成圖像投射裝置，能夠得到在橫模以及功率穩(wěn)定的色再現(xiàn)性良好、而且對比度良好的圖像。
另外，因為棱鏡24具有偏振光特性，所以直線偏振光的激光100％通過。因此，不產(chǎn)生由于棱鏡24引起的光量損失。
此外，在該實施形態(tài)中，已經(jīng)說明了藍色激光器以及綠色激光器由波長變換元件以及紅外半導體激光器組成，來自該紅外半導體激光器的紅外激光的一部分向空間放射的情況，但是在藍色激光器以及綠色激光器內(nèi)也可以使用半導體激光器。
另外，作為激光光源，不限于半導體激光器，也可以使用LED光源。
在這樣的第一實施形態(tài)中，具有照射激光P1、P2、P3的激光投射單元50、和在激光投射單元50的光軸A上配置的、由凸透鏡組成的手抖動修正光學系統(tǒng)110，為了修正由于手抖動引起的圖像的投射位置的偏離而在與光軸A垂直的面內(nèi)上下左右平行移動作為手抖動修正光學系統(tǒng)110的凸透鏡，所以能夠?qū)τ谄聊?0上的圖像幾乎不受手抖動的影響。另外，因為能夠瞬時修正這樣的手抖動，所以即使像在交通工具中那樣不穩(wěn)定的場所中，也能像支在三角架上那樣防止投射圖像的紊亂使之穩(wěn)定，能夠捕捉到細膩的肌膚的質(zhì)感。當然，也能大幅度地減輕由于圖像的閃爍引起的眼的疲勞。
另外，在本第一實施形態(tài)中，因為具有CCD23，所以可以實現(xiàn)能夠兼用作為投射裝置的功能和作為攝像機的功能的圖像投射裝置。因此能夠進行圖像的投影和攝影兩方，通過同時進行圖像的投射和攝影，或進行切換，從而能夠展寬用途，打開游戲等新世界。具有這樣的圖像投射功能和圖像攝影功能的小型裝置可用于便攜電話等。
另外，因為作為RGB的發(fā)生光源使用短波長激光光源，所以發(fā)光效率以及傳輸效率良好，能夠大幅度減低消費電力。因此，能夠抑制熱的發(fā)生，它也是能夠手持投射裝置的一個原因。
此外，在上述第一實施形態(tài)中，表示了通過平行移動手抖動修正光學系統(tǒng)進行手抖動修正的情況，在手抖動修正光學系統(tǒng)是由折射率與空氣不同的玻璃等構成的平板狀部件的場合，手抖動的修正可以通過傾斜手抖動修正光學系統(tǒng)而進行。
(第二實施形態(tài))圖4表示本發(fā)明的第二實施形態(tài)的圖像投射裝置的結構圖。
本第二實施形態(tài)的圖像投射裝置102，和上述第一實施形態(tài)同樣，具有激光投射單元50、液晶面板7、透鏡系統(tǒng)6a、6b、棱鏡24、手抖動修正光學系統(tǒng)120、光學系統(tǒng)驅(qū)動機構120a、和攝像裝置60。
然后，該第二實施形態(tài)的圖像投射裝置102具有在構成攝像裝置60的CCD23的前面配置的快門22和從通過攝像裝置60攝影的圖像中檢測手抖動的手抖動檢測機構80。
此外，在這里，激光投射單元50、液晶面板7、透鏡系統(tǒng)6a、6b、棱鏡24、以及攝像裝置60和第一實施形態(tài)的相同。
下面使用圖5說明本第二實施形態(tài)的圖像投射裝置102的手抖動修正的結構。圖5中給和圖4相同的構成要素賦予相同的符號。
在本第二實施形態(tài)中，手抖動修正光學系統(tǒng)120具有兩塊玻璃板121、122、用于密封在該兩個玻璃板之間的空間的特殊薄膜制的波紋罩(蛇腹)123、在該兩個玻璃板之間的密封空間內(nèi)填充的、透明性高的高折射液體124，實質(zhì)上起和頂角可變的棱鏡相同的作用。
圖7(a)是用于說明手抖動修正光學系統(tǒng)120及其驅(qū)動機構的120a的圖。
構成上述手抖動修正光學系統(tǒng)120的兩塊玻璃板121、122通過可變形的支承部件125支承。亦即支承部件125的一端固定在一個玻璃板121的中心部分，支承部件125的另一端固定在另一個玻璃板122的中心部分。在上述支承部件125中使用其折射率和上述高折射液體實質(zhì)相同的物質(zhì)。
然后，一個玻璃板121對于裝置框架固定，在另一個玻璃板122的下部的兩角部分上可旋轉地安裝有與執(zhí)行器131以及132連接的連接棒133、134的一端。這里，上述執(zhí)行器131、132、連接棒133、134構成驅(qū)動手抖動修正光學系統(tǒng)120的驅(qū)動機構120a。
下面說明效果。
該第二實施形態(tài)的圖像投射裝置的、投射圖像的基本動作和第一實施形態(tài)同樣，下面主要關于手抖動檢測、手抖動修正、使用快門的攝影進行說明。
首先說明手抖動檢測。
在該第二實施形態(tài)中，手抖動的檢測由手抖動檢測機構80根據(jù)攝像裝置60的輸出而進行。亦即，手抖動檢測通過從使用攝像裝置60攝影的畫面的四角的圖像的運動求手抖動量而進行。然后從檢測到的手抖動量，計算手抖動修正光學部件的兩個玻璃板所成的角度的最佳修正值，根據(jù)該運算的修正值通過電磁執(zhí)行器131、132，把該兩個玻璃板所成的角度進行控制，修正光軸的偏離。這一方式，因為手抖動頻率為約數(shù)十Hz為止能夠進行手抖動修正，所以能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、小而輕的圖像投射裝置。
此外，這里說明了從用攝像裝置攝影的畫面的四角的圖像的運動進行手抖動的檢測的情況，但是檢測在手抖動的檢測中使用的圖像的方法不限于此，其他的圖像檢測方法也有效。
下面使用圖6詳細敘述使用手抖動修正光學系統(tǒng)120的手抖動修正。
圖6(a)表示圖像投射裝置102的激光投射單元50的光軸A和屏幕10的中央C一致的狀態(tài)。
如圖6(b)所示，在由于手抖動，圖像投射裝置102的激光投射單元50的光軸在比屏幕10的中央向上的方向偏離的情況下，使構成手抖動修正光學系統(tǒng)120的兩塊玻璃板所成的角度，其下端側的間隔比上端側的間隔變窄那樣變化。由此，來自激光投射單元50的激光P通過手抖動修正光學系統(tǒng)120折射，能夠修正圖像的投射位置的偏離，即投射的圖像的中心離開屏幕10的中央C的偏離。
另外，通過手抖動，圖像投射裝置102的激光投射單元50的光軸A如圖6(c)所示，在比屏幕10的中央向下的方向偏離的情況下，使構成手抖動修正光學系統(tǒng)120的兩塊玻璃板所成的角度，其上端側的間隔比下端側的間隔變窄那樣變化。由此，來自激光投射單元50的激光P通過手抖動修正光學系統(tǒng)120折射，能夠修正由于手抖動引起的圖像投射位置的偏離。
另外，在產(chǎn)生水平方向的偏離的情況下，手抖動修正光學系統(tǒng)120，和在產(chǎn)生垂直方向的手抖動的情況下相同，使兩塊玻璃板成的角度變化，通過來自激光投射單元50的激光P的折射修正圖像投射位置的偏離。
此外，在該第二實施形態(tài)中，將手抖動修正光學系統(tǒng)120做成把兩塊玻璃板的中央通過可變形的支承部件支承的結構，但是手抖動修正光學系統(tǒng)只要是使吸收由于手抖動引起的投射位置的偏離那樣折射來自激光投射單元的射出光都可以。
例如，如圖7(b)所示，手抖動修正光學系統(tǒng)也可以是由面對的兩塊玻璃板141、142、支承一個玻璃板141的支承棒141a、支承另一個玻璃板142的支承棒142a、像密封兩個玻璃板之間的空間那樣在該玻璃板上安裝的特殊薄膜制的波紋罩143、在該兩個玻璃板之間的密封空間內(nèi)填充的透明性高的高折射液體144和可旋轉地支承該兩個支承棒的支承部件145組成的頂角可變棱鏡140。
在這種情況下，作為使該兩個玻璃板所成的角度變化的機構，可以使用驅(qū)動玻璃板的支承棒141a、142a的一個執(zhí)行器146。
另外，本第二實施形態(tài)的圖像投射裝置102具有使投射光學系統(tǒng)的焦點自動對準屏幕的自動聚焦功能，下面說明該自動聚焦功能。
投射光學系統(tǒng)的透鏡的自動聚焦使用內(nèi)部聚焦的圖像檢測方式。該檢測方式的基本原理利用的是如果焦點對準則高頻分量增加這一點。這種方式因為可以以輕重量、低成本實現(xiàn)，所以工業(yè)價值高。這以外的檢測方式，例如，輸出紅外線、從物體反射的紅外線的入射角度檢測距離、使焦點對準的紅外線方式，發(fā)射超聲波、從擊中物體到返回來的應答時間檢測距離、使焦點對準的超聲波方式，或者把用CCD攝影的圖像的對比度變換為電信號、解析其波形使焦點對準的相位檢測方式等均可。
下面說明快門22的動作。
快門22，通過改變其開閉定時，切換本圖像投射裝置102的投射功能和攝像機功能中的哪一個優(yōu)先。
在優(yōu)先攝像機功能的情況下，在與從激光光源射出激光的定時吻合地關閉快門，在從激光光源不射出激光的定時打開快門。由此，例如在屏幕10上，在原來存在的圖像上重合那樣投射圖像的狀態(tài)下，能夠僅攝影原來存在的圖像。
在優(yōu)先投射功能的情況下，在與從激光光源射出激光的定時吻合地打開快門，在與從激光光源不射出激光的定時吻合地關閉快門。由此，例如即使在明亮的房間內(nèi)，也能夠強調(diào)投射的圖像進行檢測，能夠根據(jù)檢測到的圖像有效地進行手抖動的修正。
在這樣的本第二實施形態(tài)中，因為使用通過攝像裝置攝影的圖像進行手抖動檢測，所以不需要振動回轉儀等進行手抖動檢測的設備。
另外，在本第二實施形態(tài)中，在向屏幕上投射激光的光學系統(tǒng)的光路上配置使來自屏幕的光朝向攝像裝置的CCD23折射的棱鏡24，進而，在CCD23的前面配置快門22，所以通過改變快門的開閉定時，能夠同時進行投射和攝影，或者優(yōu)先投射或者攝影中任何一個。這擴展了圖像投射裝置的用途，由此，例如考慮在游戲等用途中打開新的世界。
另外，在本第二實施形態(tài)中，圖像投射裝置通過梯形修正所投射的圖像，能夠更正確地進行通過攝像裝置對投射位置的檢測。
此外，在上述第二實施形態(tài)中，示出手抖動檢測根據(jù)通過攝像裝置60攝影的圖像的運動進行的情況，但是在手抖動檢測中，也可以使用由上述攝像裝置對在屏幕等的投射區(qū)域上成為記號的部分進行攝影后的圖像。
例如，如果在屏幕10上附加有具有對比度的標記等的記號，則通過攝像裝置能夠容易地進行投射位置的檢測。在這種場合，沒有檢測誤操作，在進行自動聚焦時特別有效，由此能夠在投射后立即得到清晰的圖像。這里，所謂標記，是在投射區(qū)域上成為記號的具有對比度的，不需要預先在屏幕上形成，在成為屏幕的投射區(qū)域上的傷、灰塵、污水等均可。
另外，在上述各實施形態(tài)中，說明了投射的圖像是運動圖像的情況，但是投射的圖像也可以是靜止圖像。
(第三實施形態(tài))圖8表示本發(fā)明的第三實施形態(tài)的圖像投射裝置的概略結構圖。在圖8中，給和圖1相同的構成要素賦予相同的符號。
本第三實施形態(tài)的圖像投射裝置103，其基本結構和上述第一實施形態(tài)的結構相同，但是代替上述第一實施形態(tài)的棱鏡24使用反射鏡26。該反射鏡26設置成在手抖動修正光學系統(tǒng)110和液晶單元7之間的光路上的位置、和該光路以外的位置之間可移動，在位于該光路上時，使來自屏幕的光朝向CCD23反射。亦即，該反射鏡26進行投射和攝影的切換。
下面說明投射和攝影的切換。
在投射圖像時，如圖8(a)所示，反射鏡26從手抖動修正光學系統(tǒng)110和液晶單元7之間退避。在這種情況下，來自激光投射單元50的激光由液晶單元7調(diào)制，通過手抖動修正光學系統(tǒng)110以及投射透鏡6b投射到屏幕10上。由此，在屏幕上形成圖像。
另一方面，在想攝影圖像的情況下，如圖8(b)所示，把反射鏡26配置在手抖動修正光學系統(tǒng)110和液晶單元7之間的光路上。由此可以使來自屏幕10的反射光的100％的光量入射CCD23，即使在暗的場所也能攝影。
在該第三實施形態(tài)中，和第一實施形態(tài)同樣，手抖動的修正通過在激光P的光路上配置的手抖動修正光學系統(tǒng)110進行，另外，此時的手抖動檢測通過振動回轉儀進行。
在這樣的第三實施形態(tài)中，因為在投射圖像的圖像投射裝置中具有在從激光投射單元射出的激光的光路上的位置和該光路以外的位置之間設置的、在位于該光路上時使來自屏幕的光朝向CCD23反射的反射鏡26，所以能夠通過反射鏡26的移動切換投射和攝影。例如，在投射時，來自激光投射單元50的光能夠原樣不變投射在屏幕上。另外在攝影時，能使來自圖像投射裝置的外部的光通過反射鏡26在CCD23的方向上能夠100％到達，能夠防止光量損失，即使在暗的地方也能攝影。
(第四實施形態(tài))圖9表示本發(fā)明的第四實施形態(tài)的圖像投射裝置的結構圖。
本實施形態(tài)的圖像投射裝置104作為紅、藍、綠三色的短波長激光光源具有直線偏振光的激光器1、2、3，投射圖像的屏幕10a反射從所述激光器發(fā)生的紅、藍、綠三色的激光P1、P2、P3。該屏幕10a在光入射面的前面上粘貼吸收體膜13。
另外，圖像投射裝置104具有反射鏡5a、5b、5c、4、手抖動修正光學系統(tǒng)110、水平偏轉裝置15和垂直偏轉裝置14。
進而，圖像投射裝置104具有棱鏡24a、24b、24c、波長濾光器25a、25b、25c、光檢測器27a、27b、27c、和調(diào)制器28a、28b、28c。
這里，水平偏轉裝置15是激光在水平方向上掃描屏幕10a上那樣偏轉激光的裝置，垂直偏轉裝置14是激光在垂直方向上掃描屏幕10a上那樣偏轉激光的裝置。另外，手抖動修正光學系統(tǒng)110和第一實施形態(tài)的手抖動修正光學系統(tǒng)相同，通過執(zhí)行器使在與來自反射鏡4的激光的光軸垂直的面內(nèi)上下左右平行移動，修正由于手抖動引起的圖像的投射位置的偏離。
另外，上述各調(diào)制器28a、28b、28c調(diào)制來自各短波長激光光源1、2、3的激光的強度，棱鏡24a、24b、24c配置在上述各調(diào)制器28a、28b、28c的光射出側，各自具有偏振光特性，使來自激光光源的直線偏振光的激光100％通過。波長濾光器25a、25b、25c安裝在棱鏡24a、24b、24c內(nèi)，波長濾光器25a只讓紅色激光透過，波長濾光器25b只讓藍色激光透過，波長濾光器25c只讓綠色激光透過。光檢測器27a、27b、27c檢測用棱鏡24a、24b、24c分支的外部光。
另外，圖像投射裝置104具有根據(jù)各光檢測器的輸出而形成攝影投射區(qū)域后的圖像的圖像形成單元90。
下面說明動作。
對于從各激光器1～3射出的激光P1～P3，分別通過調(diào)制器28a、28b、28c調(diào)制強度，通過棱鏡24a、24b、24c以及波長濾光器25a、25b、25c入射反射鏡5a、5b、5c。使用這些反射鏡，把從激光器1、2、3射出的激光P1、P2、P3反射以使各自的光軸一致，進而用反射鏡4反射，通過手抖動修正光學系統(tǒng)110入射到垂直偏轉裝置14。
使用垂直偏轉裝置14對入射的激光進行偏轉以在垂直方向上掃描屏幕10a，使用水平偏轉裝置15對來自垂直偏轉裝置14的激光進行偏轉以在水平方向上掃描屏幕10a。由此，在屏幕10a上形成投射圖像。
另外，這樣，對于通過水平偏轉裝置15以及垂直偏轉裝置14掃描屏幕10a上的激光，用屏幕10a反射，該反射的激光，由棱鏡24a、24b、24c分支，通過光檢測器27a、27b、27c檢測。
亦即，由屏幕10a反射的激光，通過水平偏轉裝置15、垂直偏轉裝置14、手抖動修正光學系統(tǒng)110、反射鏡4、5a、5b、5c返回到波長濾光器，通過各波長濾光器25a、25b、25c的紅、藍、綠的光通過棱鏡24a、24b、24c朝向光檢測器27a、27b、27c反射。
然后，在圖像投射裝置104中，圖像形成單元90根據(jù)各光檢測器的輸出而形成攝影投射區(qū)域的圖像。由此，能夠觀察或者記錄投射區(qū)域的圖像。
另外，和第一實施形態(tài)相同，對應于檢測出的手抖動量而使手抖動修正光學系統(tǒng)110移動以使由反射鏡4反射的激光的光軸在屏幕的上下左右方向上變化從而進行手抖動修正。
另外，手抖動檢測和第一實施形態(tài)同樣使用兩個振動回轉儀進行。
在這樣的第四實施形態(tài)中，通過把圖像投射裝置做成掃描方式，不需要液晶單元那樣的2維圖像器件，有利于小型化、減輕重量。在小型化的情況下，手抖動的影響變得顯著，但是該手抖動通過具備本實施形態(tài)那樣的手抖動修正光學系統(tǒng)110而被消除，變得能夠無抖動地投射圖像，其小型化效果大。
此外，在本第四實施形態(tài)中，說明了使用垂直偏轉裝置14以及水平偏轉裝置15以掃描方式投射圖像的情況，但是如果使用將它們一體化的部件的話，則可以實現(xiàn)更加小型的圖像投射裝置。
另外，在本第四實施形態(tài)中，作為短波長激光光源使用三原色的激光，但是關于藍色激光，也可以使用例如兩個波長450nm的激光和波長480nm的激光、合計4個波長的激光。另外，使用光源的激光的波長的個數(shù)在其以上和在其以下均可。例如，也可以構成僅使用一個短波長激光光源的單色投射裝置。
另外，在上述各實施形態(tài)中，作為圖像投射裝置的光源，使用半導體激光器，但是，也可以是發(fā)光二極管(LED)。
另外，在上述第四實施形態(tài)中，手抖動的檢測和第一實施形態(tài)相同，使用兩個振動回轉儀進行，但是也可以根據(jù)對通過圖像形成單元90形成的圖像、即屏幕上的投射圖像進行攝影而進行。在這種情況下，不需要振動回轉儀等進行手抖動檢測的機構。
進而，在上述第四實施形態(tài)中，希望攝影激光的投射范圍外的區(qū)域而檢測投射位置。其原因在于，因為作為激光的投射區(qū)域的屏幕通常是白色的，有時通過攝像裝置檢測投射位置難。因此，通過把投射范圍外的區(qū)域的、預先制作的標記、或者成為本來在該區(qū)域內(nèi)的傷或者灰塵等有對比度的記號的部分作為位置檢測的基準，能夠容易地檢測出投射位置。
以下使用圖10簡單說明把激光的投射范圍外的區(qū)域的標記作為位置檢測的基準而使用的圖像投射裝置。
在圖10中，104a是把激光的投射范圍外的區(qū)域的標記作為位置檢測的基準使用的圖像投射裝置，和第四實施形態(tài)的圖像投射裝置104相同，具有激光器1～3、反射鏡4、5a～5c、手抖動修正光學系統(tǒng)110、水平偏轉裝置15、垂直偏轉裝置14、棱鏡24a～24c、波長濾光器27a～27c、光檢測器27a～27c、調(diào)制器28a～28c。
然后，該圖像投射裝置104a進而具有反射鏡5a、5e、波長濾光器25d、光檢測器27d、棱鏡28d。
這里，反射鏡5a、5e把綠色激光器3的、紅外激光中波長未被變換的紅外激光P0和激光P1～P3若干光軸偏離那樣向反射鏡4反射。波長濾光器25d僅使由屏幕10a反射的紅外激光P0透過，棱鏡24d把透過該波長濾光器25d的紅外激光P0的反射光朝向光檢測器27d反射，光檢測器27d檢測紅外激光P0的反射光。
再有，該圖像投射裝置104a具有，根據(jù)光檢測器25a～25c的輸出而形成攝影投射區(qū)域后的圖像，同時，根據(jù)光檢測器25d的輸出而形成攝影投射區(qū)域后的投射位置檢測用圖像，檢測投射位置的圖像形成單元90a；和與第一實施形態(tài)同樣根據(jù)該投射位置驅(qū)動手抖動修正光學系統(tǒng)110的光學系統(tǒng)驅(qū)動機構110b。
在這樣構成的圖像投射裝置104a中，紅外激光P0掃描和三色激光P1～P3若干偏離的區(qū)域，從而在圖像形成單元90a中形成投射范圍周圍的、預先制作的標記或者本來在該區(qū)域中的傷或灰塵等具有對比度的記號的部分的圖像。
然后，在圖像形成單元90a中，根據(jù)成為該記號的部分的圖像而檢測投射位置，向光學系統(tǒng)驅(qū)動機構110b輸出手抖動量。
于是，光學系統(tǒng)驅(qū)動機構110b對應于手抖動量在與用反射鏡4反射的激光P1～P3的光軸垂直的面內(nèi)上下左右平行移動手抖動修正光學系統(tǒng)110，以修正由于手抖動引起的圖像的投射位置的偏離。
本發(fā)明的圖像投射裝置，因為通過光學修正方式，對應手抖動使投射光學系統(tǒng)的光射出方向變化，瞬時修正手抖動，所以是能夠手持進行圖像投射的劃時代的裝置，在實現(xiàn)可攜帶的小型的圖像投射裝置或者可投射圖像的便攜電話等方面有用。
權利要求
1.一種圖像投射裝置，用于投射圖像，其特征在于，具有檢測該圖像投射裝置的手抖動的量的手抖動檢測單元，和根據(jù)該檢測到的手抖動的量進行手抖動修正的手抖動修正單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖像投射裝置，其特征在于，具有至少發(fā)生紅、藍、綠三色激光的短波長激光光源，所述手抖動修正單元在投射圖像時，修正從所述短波長激光光源射出的紅、藍、綠三色激光的投射位置以使其無偏離。
3.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，使所述三色激光在掃描區(qū)域上進行掃描而形成圖像。
4.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，至少一個短波長激光光源由射出紅外激光的紅外半導體激光器、和對從該紅外半導體激光器射出的紅外激光進行波長變換后輸出的波長變換元件組成，將從所述紅外半導體激光器射出的紅外激光的、未被波長變換的一部分光向外部空間放射。
5.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，具有攝像裝置，在投射來自所述短波長激光光源的激光時，由所述攝像裝置檢測所述激光的投射位置。
6.根據(jù)權利要求5所述的圖像投射裝置，其特征在于，投射所述圖像的投射光學系統(tǒng)通過自動聚焦功能來對準所述被投射的圖像的焦點。
7.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，投射所述圖像的投射光學系統(tǒng)在投射所述圖像時，梯形地修正被投射的圖像。
8.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，具有攝像裝置，將紅外激光照射在投射范圍外的區(qū)域，通過所述攝像裝置檢測來自投射范圍外的區(qū)域的紅外激光。
9.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，在投射所述圖像時，通過所述攝像裝置檢測投射區(qū)域上成為記號的部分。
10.根據(jù)權利要求2所述的圖像投射裝置，其特征在于，投射所述圖像的投射光學系統(tǒng)具有在其光軸上配置的、具有偏振光特性的棱鏡。
11.一種圖像投射裝置，用于投射圖像，其特征在于，具有包含短波長激光光源、投射從該短波長激光光源射出的激光的投射光學系統(tǒng)，和通過該投射光學系統(tǒng)取入外部光的攝像裝置。
12.根據(jù)權利要求11所述的圖像投射裝置，其特征在于，所述投射光學系統(tǒng)通過自動聚焦功能來對準所述被投射的圖像的焦點。
13.根據(jù)權利要求11所述的圖像投射裝置，其特征在于，所述投射光學系統(tǒng)在投射所述圖像時，梯形地修正被投射的圖像。
14.根據(jù)權利要求11所述的圖像投射裝置，其特征在于，所述投射光學系統(tǒng)具有在其光軸上配置的、具有偏振光特性的棱鏡。
15.根據(jù)權利要求11所述的圖像投射裝置，其特征在于，所述短波長激光光源由射出紅外激光的紅外半導體激光器、和對從該紅外半導體激光器射出的紅外激光進行波長變換后輸出的波長變換元件組成，將從所述紅外半導體激光器射出的紅外激光的、未被波長變換的一部分光向外部空間放射。
全文摘要
本發(fā)明的圖像投射裝置具有具有直線偏振光的短波長激光光源(1)～(3)、輸出來自該光源的激光的激光投射單元(50)、聚光來自激光投射單元(50)的激光的透鏡系統(tǒng)(6a)、空間調(diào)制被聚光的激光的液晶單元(7)、在對于激光投射單元(50)的光軸正交的面上上下左右可平行移動的手抖動修正光學系統(tǒng)(110)、透過來自上述液晶單元(7)的激光并分支來自屏幕(10)的反射光的棱鏡(24)、可觀察或者攝影由上述棱鏡(24)分支的圖像的攝像裝置(60)。根據(jù)這樣的本發(fā)明的圖像投射裝置，能夠提供防止手抖動、可手持的圖像投射裝置。
文檔編號H04N9/31GK1922542SQ200580006040
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權日2004年2月27日
發(fā)明者山本和久, 水內(nèi)公典, 笠澄研一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社