JP2005249432A - プロジェクタ装置および距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ズーム比によらず高精度に距離測定を行い、投影画像の台形歪みを補正することができるプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】 スクリーン１に投影された所定サイズの画像パターンの反射光をラインセンサ３１ｃ，３１ｄで受光して、演算部３２は、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄの出力からセンサデータを求める。制御部３は、センサデータが極値を取る極値数を求め、求めた極値数を基準極値数と比較して、画像パターンのサイズを基準極値数を得ることができるサイズに調整する。従って、基準極値数を得ることができる画像パターンのサイズを、所望の測距精度を得ることができるサイズに設定しておくことで精度のよい距離データを求めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はズーム機能を備えたプロジェクタ装置及びこのプロジェクタ装置に適用される距離測定方法に関する。

プロジェクタ装置からスクリーンに映像を投影する場合に、例えば、図１７（Ａ）に示すようにスクリーンが傾いてプロジェクタ装置とスクリーンとの相対的な角度がずれた場合に、そのままでは図１７（Ｂ）に例示するようにスクリーン上の画面に、画面の横サイズが画面上端から画面下端に向けて漸減または漸増する歪み、いわゆる台形歪みが発生してしまう。

台形歪みを補正する補正装置について開示した特許文献１では、図１８に示されるようにプロジェクタ装置本体１００の前面の異なる位置に２つのアクティブ距離センサ１０１、１０２を設けてプロジェクタ装置本体１００とスクリーン２００との距離をそれぞれ検出している。制御マイコン１０４は、これらのアクティブ距離センサ１０１、１０２の検出結果に基づき、スクリーン２００に対するプロジェクタ装置本体１００の傾斜角度を算出している。算出した傾斜角度に基づいて、液晶パネル１０３の投射画像光がプロジェクタ装置本体１００の傾斜角度に起因する投射画面の台形歪み形状とは逆の台形歪み形状となるように、各ラインの画素データの間引き調整を映像回路１０５で行っている。

特開２０００−１２２６１７号公報

しかしながら、特許文献１では、測距装置としてアクティブ方式の測距装置を２つ搭載している。アクティブ方式の測距装置では、自ら発した光のスクリーンでの反射光を計測して測距を行うため、パッシブ方式の測距装置と比較して測距用の光を投光する投光部を別途設けなければならない。また、台形歪みを検出するためには、プロジェクタ装置本体のスクリーンに対する傾斜角度を算出しなければならないが、傾斜角度の算出にはスクリーン上の複数のポイントまでの距離を検出しなければならない。このためアクティブ方式の測距装置を複数設けなければならず、装置構成が大きくなるという問題が生じる。

このような課題を解決するために本出願人は、特願２００３−４１２０２号においてパッシブ測距装置を用いて台形歪みを補正する技術を提案しているが、さらなる改良の余地がある。

特願２００３−４１２０２号に開示した技術をズーム機能付きのプロジェクタ装置に適用した場合、スクリーンに投影した測距用画像のサイズによって測距精度が低下し、台形歪み補正の精度が低下するという問題が生じる。

すなわち、画像をスクリーンに投影する投影レンズ光学系は、プロジェクタ装置の電源をＯＮした初期状態では、前回使用した時の状態にあるため、毎回投影画像のズーム比も異なることになる。このためスクリーンに投影される画像のサイズも異なる。スクリーンに投影される画像のサイズは、パッシブ測距装置の距離測定精度に影響を及ぼす。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ズーム比によらず高精度に距離測定を行い、投影画像の台形歪みを補正することができるプロジェクタ装置および距離測定方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載のプロジェクタ装置は、画像をスクリーンに投影する投影レンズと、前記スクリーンに投影された前記画像の反射光をセンサで受光して、前記スクリーンまでの距離を測定する測距手段と、前記スクリーンに投影された前記画像の反射光を前記センサで受光して、該センサの出力データの極値数を求め、該求めた極値数を、所望サイズの前記画像の反射光を前記センサで受光して求められる基準極値数と比較して、前記画像のサイズを前記所望サイズと略同一サイズに調整する制御手段と、を有することを特徴としている。

請求項１記載の発明は、スクリーンに投影された画像の反射光をセンサで受光して、センサの出力データが極値を取る極値数を求め、求めた極値数を基準極値数と比較して、画像のサイズを基準極値数を得ることができるサイズに調整している。従って、基準極値数を得ることができる画像のサイズを、画像の反射光を受光して所望の測距精度を得ることができるサイズに設定しておくことで精度のよい距離データを求めることができる。

請求項２記載の発明は、前記制御手段は、サイズを調整した前記画像を前記スクリーンに投影して前記スクリーンまでの距離を前記測距手段で測定し、測定した前記スクリーンまでの距離から前記スクリーンの傾斜角度を求めて前記投影の台形歪みを補正することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、スクリーンまでの距離を精度よく測定することができるので、この距離データを使用して求められるスクリーンの傾斜角度を精度よく求めることができ、投影画像の台形歪みを精度よく補正することができる。

請求項３記載の距離測定方法は、所望サイズの画像をスクリーンに投影できる基準位置に投影レンズを駆動し、該基準位置の前記投影レンズから前記スクリーンに投影された前記画像の反射光をセンサで受光し、該センサの出力データの極値数を基準極値数として求める基準値測定ステップと、前記画像を前記スクリーンに投影して、前記スクリーンからの反射光を前記センサで受光し、該センサの出力の前記極値数を求める測定ステップと、前記測定ステップで求めた前記極値数と前記基準極値数とを比較して、前記画像のサイズを前記所望サイズと略同一サイズに調整する画像サイズ調整ステップと、サイズを調整した前記画像を前記スクリーンに投影して、前記スクリーンまでの距離を測定する測距ステップと、を有することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、スクリーンに投影された画像の反射光をセンサで受光して、センサの出力データが極値を取る極値数を求め、求めた極値数を基準極値数と比較して、画像のサイズを基準極値数を得ることができるサイズに調整し、この画像に基づいてスクリーンまでの距離を測定している。従って、基準極値数を得ることができる画像のサイズを、所望の測距精度を得ることができるサイズとすることでスクリーンまでの距離を精度のよく測定できる。

本発明は、ズーム比によらず高精度に距離測定を行い、投影画像の台形歪みを補正することができる。

次に、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

まず、図１を参照しながら本実施例のプロジェクタ装置２の構成について説明する。図１に示されるように本実施例のプロジェクタ装置２は、投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に投影された画像の反射光を受光して、投影画像の焦点位置を判定するためのコントラスト値を算出する自動焦点検出装置２０と、プロジェクタ装置２からスクリーン１までの距離をスクリーン１の左右方向（水平方向）の複数ポイントで測距する第１パッシブ測距装置３０と、同じくプロジェクタ装置２からスクリーン１までの距離をスクリーン１の上下方向（垂直方向）の複数ポイントで測距する第２パッシブ測距装置４０と、図示しないパーソナルコンピュータ等の機器から画像を入力して、スクリーン１に投影する表示データを出力する投影画像生成部５と、投影レンズ光学系８へ表示データを出力する表示駆動部６と、表示駆動部６により出力された表示データをスクリーン１上に投影する投影レンズ光学系８と、投影レンズ光学系８の焦点距離を変更するために、光軸に沿って投影レンズ光学系８を移動させるステッピングモータ等からなる光学系駆動部７と、プロジェクタ装置２の構成に必要なデータや命令を記憶したメモリ部４と、これら各部を制御する制御部３とを有している。

自動焦点検出装置２０は、投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に投影された画像の反射光を受光する受光センサ２１と、受光センサ２１から出力される電気信号に演算を行い、画像のコントラスト値を算出する演算部２２とを有している。本実施例では、受光センサ２１としてＣＣＤラインセンサを適用している。

図２を参照しながら自動焦点検出装置２０の演算部２２の構成について説明する。図２に示されるように演算部２２には、受光センサ２１から入力した電気信号の高周波成分を取り出す高域通過フィルタ（ＨＰＦ）２２ａと、高周波成分だけとなった輝度信号の振幅検波を行なう検波器２２ｂと、検波器２２ｂの検波出力をＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２ｃと、Ａ／Ｄ変換器２２ｃから出力されるディジタル信号を積分する積分器２２ｄとを有している。積分器２２ｄからは図３に示すような画像信号のコントラスト値が出力される。

画像信号の高周波成分に現れるコントラスト値は、図３に示されるように合焦位置でコントラスト値が最大となり、合焦位置から外れるに従ってコントラスト値が減少していくという特性を有している。この特性を利用して、投影レンズ光学系８により撮影される画像がスクリーン１上に像を結ぶ時の投影レンズ光学系８の位置（合焦位置）を求める（以下、この方法を山登りオートフォーカスと呼ぶ）。

次に、第１パッシブ測距装置３０及び第２パッシブ測距装置４０の構成について説明する。図４には、図１に示したプロジェクタ装置２を正面から見た構成図が示されている。プロジェクタ装置２の正面には投影レンズが設けられている。投影レンズは投影レンズ光学系（コンデンサレンズを含んでいてもよい）８に含まれ、投影レンズを介してスクリーン１上へ画像を投影する。

図４に示されるように第１パッシブ測距装置３０は、プロジェクタ装置２の正面を構成する平面上で、水平方向に基線長ａだけ離間して配置された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂを備えた撮像部３１を有している。同様に第２パッシブ測距装置４０は、プロジェクタ装置２の正面を構成する平面上で、垂直方向に基線長ｂだけ離間して配置された一対のレンズ４１ａ及び４１ｂを備えた撮像部４１を有している。第１パッシブ測距装置３０は、図５（Ａ）に示すように第１基準方向（プロジェクタ装置２の水平方向）に対するスクリーン１の傾斜角度θ１を算出するために、スクリーン１の水平方向の複数の測距位置までの距離を測距する。第２パッシブ測距装置４０は、図５（Ｂ）に示すように第２基準方向（プロジェクタ装置２の垂直方向）に対するスクリーン１の傾斜角度θ２を算出するために、スクリーン１の垂直方向の複数の測距位置までの距離を測距する。なお、図５（Ａ）には、プロジェクタ装置２及びスクリーン１を上から見た上面図が示され、図５（Ｂ）には、プロジェクタ装置２及びスクリーン１を側方から見た側面図が示されている。また、本実施例では、図４に示されるように撮像部３１の基線長ａに平行する方向をプロジェクタ装置２の第１基準方向と呼ぶ。また、撮像部４１の基線長ｂに平行する方向をプロジェクタ装置２の第２基準方向と呼ぶ。

図６および図７を参照しながら撮像部３１の構成について説明する。外部から入射した光を受光するレンズ３１ａの下には、焦点距離ｆだけ離間してラインセンサ３１ｃを配置している。またレンズ３１ｂの下には、焦点距離ｆだけ離間してラインセンサ３１ｄを配置されている。これらのラインセンサ３１ｃ，３１ｄは、直線状に配列された複数の光検出素子を有する一対のラインＣＣＤまたはその他のライン型撮像素子からなる。ラインセンサ３１ｃ，３１ｄの構成を図７に示す。図７に示すラインセンサ３１ｃ，３１ｄは、一対のラインセンサにより複数方向の距離を検出することが可能となる。図７に示すように、ラインセンサ３１ｃ、３１ｄを複数に分割し、測距方向に応じて基準位置を複数設定することにより、１つの測距装置で複数方向の距離を検出することができる。すなわち、図７に示すようにラインセンサ３１ｃ中に複数の測距方向（本例ではＲ（右）、Ｃ（中央）、Ｌ（左）とする）に基づく複数の基準位置に応じた複数の測距演算領域（３１ｃＲ、３１ｃＣ、３１ｃＬ）を設ける。同様にラインセンサ３１ｄ中に複数の測距方向（Ｒ、Ｃ、Ｌ）に基づく複数の基準位置に応じた複数の測距演算領域（３１ｄＲ、３１ｄＣ、３１ｄＬ）を設ける。そして、測距方向で対応する１対の測距演算領域（３１ｃＲと３１ｄＲ、３１ｃＣと３１ｄＣ、３１ｃＬと３１ｄＬ）中の部分映像データを使用して基準位置からのずれ量を求めることができる。

撮像部３１は、レンズ３１ａ及び３１ｂを介してラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像した画像について、図示しない出力部を介して画像の光量に応じた電気信号を直列的に出力する。なお、撮像部４１の構成は撮像部３１と同様であるため説明を省略する。

演算部３２は、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄから出力される一対の画像信号のうちの少なくとも一方の画像信号を、所定のシフト範囲に渡って順次シフトさせながら相関値を演算する。演算部４２も同様にラインセンサ４１ｃ，４１ｄから出力される一対の画像信号のうちの少なくとも一方の画像信号を、所定のシフト範囲に渡って順次シフトさせながら相関値を演算し、この相関値に基づいて測定対象までの距離を演算する。

制御部３は、出力される投影画像のコントラスト値を自動焦点検出装置２０から受け取って、投影レンズ光学系８の焦点がスクリーンに合う位置（合焦位置）を特定する。また、第１パッシブ測距装置３０、第２パッシブ測距装置４０のラインセンサ、自動焦点検出装置２０の受光センサ２１などを用いて、センサから出力されるセンサデータにより投影レンズ光学系８のレンズ位置が所定の測距精度を得ることができる位置にあるか否かを判定する。また、第１パッシブ測距装置３０の測距演算結果に基づき、プロジェクタ装置２の第１基準方向に対するスクリーン１の傾斜角度を算出する。同様に第２パッシブ測距装置４０の測距演算結果に基づき、プロジェクタ装置２の第２基準方向に対するスクリーン１の傾斜角度を算出する。これらの傾斜角度情報を基に台形歪みの形状を求め、スクリーン１に投影された画像とは逆の台形歪みを発生するための制御信号を投影画像生成部５に通知する。

投影画像生成部５は、外部のパソコン等の画像データ出力部から出力される画像データを入力し、入力した画像データを表示用データに変換して表示駆動部６に出力する。

表示駆動部６は、画像歪み補正部として機能し、制御部３が算出した第１基準方向および第２基準方向に対する傾斜角に基づき、不図示の投影レンズとしてのコンデンサレンズを含む投影レンズ光学系８を調整して、投影画像の台形歪みを補正する。また、表示駆動部６は、不図示の投影レンズのピント調整を自動的に行うオートフォーカス手段として機能する。投影レンズ光学系８は、所定の映像光をスクリーン１上に投影する。

次に、図６を参照しながら第１パッシブ測距装置（外光三角測距方式）３０の動作原理を説明する。図６は、第１パッシブ測距装置３０によりスクリーン１までの距離を測距する様子を示した図である。なお、第２パッシブ測距装置４０の動作原理も第１パッシブ測距装置３０と同様であるため説明を省略する。

図６（Ａ）において、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂが、プロジェクタ装置２の正面を構成する平面上に水平方向に延びた所定の基線長ａだけ離間して配置されている。プロジェクタ装置２の正面を構成する平面の下には、これら一対のレンズ３１ａ及び３１ｂからそれらの焦点距離ｆだけそれぞれ離間して、基線長ａ方向に延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄが配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは、その中央部分がそれぞれレンズ３１ａ及び３１ｂの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘ上にほぼ位置するように配置されている。これらラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に、それぞれ対応するレンズ３１ａ及び３１ｂを介して距離測定（測距）対象のスクリーン１上のある位置の画像Ｔが結像される。図６（Ａ）においては、スクリーン１上の測定位置Ｔが、異なる方向の光路Ａ及びＢを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介して、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。

測定位置Ｔが無限遠の位置に存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂから焦点距離ｆにあるラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上には、測定位置Ｔがレンズ３１ａ及び３１ｂのそれぞれの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘと交差する基準位置３１ｃｘ及び３１ｄｘに結像されることになる。ここで測定位置Ｔが無限遠位置からレンズ３１ａの光軸３１ａｘ上の方向Ａに沿って近づき、図６（Ａ）に示す位置、すなわち、レンズ３１ａからスクリーン１までの距離ＬＣに達すると、測定位置Ｔはラインセンサ３１ｃ上においては、基準位置３１ｃｘ上に結像されたままであるが、ラインセンサ３１ｄ上においては、レンズ３１ｂにより基準位置３１ｄｘから位相差（ずれ量）αだけずれた位置に結像される。

このとき、三角測距の原理から測定位置Ｔまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ａｆ／αで求められる。ここで、基線長ａと焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセンサ３１ｄ上の基準位置３１ｄｘからの位相差（ずれ量）αを検出すれば、距離ＬＣを測定できる。すなわち、スクリーン１までの距離を検出できる。これが外光三角測距のパッシブ型ラインセンサ測距装置の動作原理である。位相差（ずれ量）αの検出及びＬＣ＝ａｆ／αの演算は、図１で示した演算部３２で実行される。

ラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘからの位相差（ずれ量）αの検出は、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄから出力される一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲからそれぞれ抽出した部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎについて、演算部３２が相関演算を行なうことにより検出する。

相関演算は、図６（Ｂ）に示すように、部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を求める演算である。演算方法は、重ね合わせる部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎをラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で相対的にずらしながら検出していく。図６（Ｂ）においては、一方のラインセンサ３１ｃからの部分画像データ群ｉＬｍを基準位置３１ｃｘに位置を固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ３１ｄからの部分画像データ群ｉＲｎは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分画像データ群ｉＲｎを探す。最も一致度の高い部分画像データ群ｉＲｎを発生するラインセンサ３１ｄ上の位置とそのラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘとの間の間隔が位相差（ずれ量）αである。

ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、所定数の光検出素子（画素）を所定長の直線上に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、位相差（ずれ量）αは、部分画像データ群ｉＲｎの画像データ信号列ＩＲ内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ３１ａの光軸３１ａｘと同じ方向Ａにある測定位置Ｔまでの距離ＬＣを、位相差（ずれ量）αを検出することにより測定できる。

本実施例のプロジェクタ装置２は、スクリーン１までの距離を測定して台形歪みを補正する際に、投影レンズ光学系８のレンズ位置が所定の測距精度を得ることができるサイズの画像を投影できる位置にあるか否かを判定する。プロジェクタ装置２は電源ＯＦＦ時に投影レンズ光学系８を初期位置に戻す動作を行わないので、プロジェクタ装置２の電源ＯＮ時には投影レンズ光学系８は前回の投影位置にある。このためスクリーン１に投影される画像のサイズ（ズーム比）も毎回異なってしまう。スクリーン１に投影された測距用画像のサイズは、測定精度に影響を及ぼす。

投影レンズ光学系８のレンズ位置を判定する手順として、予め、スクリーン１に所望サイズの画像パターンを投影し、投影レンズ光学系８のレンズ位置を判定する際の基準となる基準データを測定する（以下、基準データ測定工程と呼ぶ）。プロジェクタ装置２をスクリーン１から所定距離おいて正対させ、投影レンズ光学系８を所望サイズの画像を投影できる基準位置に移動させて、画像パターンをスクリーン１に投影する。本実施例で使用する画像パターンは、図８または図９に示すように白色パターンと黒色パターンの縦縞画像であるが、輝度に差の出る色画像であれば白黒パターンに限定されるものではない。この画像パターンを、基準位置に移動させた投影レンズ光学系８からスクリーン１に投影して、第１パッシブ測距装置３０、第２パッシブ測距装置４０、自動焦点検出装置２０の何れかのセンサを用いてスクリーン１からの反射光を受光する（なお、以下では第１パッシブ測距装置３０により測定を行うものとして説明する）。第１パッシブ測距装置３０の一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄから出力される電気信号にＡ／Ｄ変換、フィルタ処理等を行ってセンサデータを生成する。基準データは、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄの所定領域の出力データから画像パターンの白色と黒色に対応する極値（極大値、極小値）の個数を計数したものである。この基準データは、メモリ部４に記憶しておく。

次に、実際のプロジェクタ使用時には、上述した画像パターンをスクリーン１に投影して、得られる測定データを基準データと比較し、スクリーン１に投影される画像サイズを調整する（以下、画像サイズ調整工程と呼ぶ）。投影レンズ光学系８は前回使用時の位置にあるので、スクリーン１に投影される画像パターンのサイズ（ズーム比）は、毎回異なっている。このため、反射光を一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄで受光して、ラインセンサ３１ｃまたは３１ｄの所定領域の出力データから極値の個数を計数して測定データを求める。求めた測定データを予め求めてある基準データと比較することで、投影画像のサイズ（ズーム比）を判定する。なお、基準データや測定データの算出に使用するセンサデータは、一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄの何れか一方の出力だけを使用して求めてもよいし、両方の出力を使用して求めてもよい。

図８（Ａ）に、ワイド側端部（最も画像が拡大表示されるレンズ位置）に移動した投影レンズ光学系８によりスクリーン１に投影される画像パターンを示し、図８（Ｂ）に、この投影画像をラインセンサ３１ｃ，３１ｄで受光して演算により求めたセンサデータの値を示す。図８（Ｂ）では、一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄの何れか一方の、画素番号５０番から１００番までのセンサデータが示されている。また、図９（Ａ）にはテレ側端部（最も画像が縮小表示されるレンズ位置）に移動した投影レンズ光学系８によりスクリーン１に投影される画像パターンを示し、図９（Ｂ）に、この投影画像をラインセンサ３１ｃ，３１ｄで受光して演算により求めたセンサデータの値を示す。この図９（Ｂ）でも、一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄの何れか一方の、画素番号５０番から１００番までのセンサデータが示されている。図８（Ａ）に示すワイド側端部で投影した画像と図９（Ａ）に示すテレ側端部で投影した画像とでは、画像パターンの幅に差ができるため、図８（Ｂ）と図９（Ｂ）とを比較すると明らかなように、これを受光するラインセンサ３１ｃ，３１ｄの出力データの極値数にも差ができる。

画像サイズ調整工程で測定した測定データの極値数が、基準データの極値数よりも多い場合、基準データ測定時の画像パターンよりも画像が縮小されて投影されていると判定することができる。逆に、画像サイズ調整工程で測定した測定データの極値数が、基準データの極値数よりも少い場合、基準データ測定時の画像パターンよりも画像が拡大されて投影されていると判定することができる。

基準データ測定時の画像パターンよりも画像が縮小されて投影されていると判定した場合には、極値数の比率からどの程度画像を拡大すればよいのかを判断し、拡大した画像パターンを生成する。同様に基準データ測定時の画像パターンよりも画像が拡大されて投影されていると判定した場合には、極値数の比率からどの程度画像を縮小すればよいのかを判断し、縮小した画像パターンを生成する。例えば、基準データの極値数が５で、使用時の極値数が１０の場合、２倍に拡大した画像パターンを生成してスクリーン１に投影する。

基準データ測定工程でスクリーン１に投影した画像サイズと略同一サイズでスクリーン１に投影できる画像パターンを画像サイズ調整工程で生成すると、生成したパターン画像をスクリーン１に再度投影し、スクリーン１までの距離やスクリーン１の傾斜角度を求め、台形歪みを補正する（以下、台形歪み補正工程と呼ぶ）。なお、プロジェクタ装置２は、組み立ての際の取付誤差により、スクリーン１にプロジェクタ装置２を正対させて配置しても得られる傾斜角度が０度にならないことがある。これは、図１０に示すように第１パッシブ測距装置３０の基線長方向ａが、プロジェクタ装置２の筐体面の水平方向に対してずれて取り付けられることで起こる。このため上述した基準データ測定工程において、第１パッシブ測距装置３０のプロジェクタ装置２本体に対する取付誤差を求めておく。求め方は、基準データの測定の際に求めた一対のラインセンサの出力データからスクリーン１までの距離を算出して、スクリーン１の傾斜角度を算出する。得られた傾斜角度が第１パッシブ測距装置３０のプロジェクタ装置２に対する取付誤差となる。この傾斜角度を取付誤差としてメモリ部４に記憶しておく。

台形歪み補正工程でスクリーン１の傾斜角度を求める際には、測定により得られた傾斜角度から、メモリ部４に予め記憶した取付誤差の値を加算または減算することで、真の相対的な傾斜角度を算出することができる。プロジェクタ装置２は、この補正された真の相対的な傾斜角度を使用して、台形歪みを補正する。

次に、上述した処理の詳細な手順について図１１〜図１４に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。まず、図１１に示すフローチャートを参照しながら基準データ測定工程の詳細手順を説明する。まず、スクリーン１から所定距離を置いてプロジェクタ装置２を正対させ、投影レンズ光学系８を基準位置に駆動する（ステップＳ１）。投影レンズ光学系８を基準データの測定用に予め決められた位置に移動しておくことで、スクリーン１には所定サイズの画像が投影される。

次に、基準位置に駆動した投影レンズ光学系８から図８（Ａ）、図９（Ａ）に示す画像パターンをスクリーン１に投影し（ステップＳ２）、スクリーン１からの反射光を第１パッシブ測距装置３０の一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄで受光する。ラインセンサ３１ｃ，３１ｄから出力される電気信号にＡ／Ｄ変換、フィルタ処理等の演算を演算部３２で行い、センサデータを得る（ステップＳ３）。制御部３は、ラインセンサ３１ｃまたは３１ｄの所定領域から得られたセンサデータを使用して、画像パターンの白色と黒色とに対応する極値（極大値と極小値）の個数を計数する極値数検出処理を行う（ステップＳ４）。得られた極値数データは基準データとしてメモリ部４に記録される。

次に、第１パッシブ測距装置３０の一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄから得られるセンサデータを使用してスクリーン１までの距離を求め（ステップＳ５）、この距離情報からスクリーン１の傾斜角度を求める（ステップＳ６）。このとき、プロジェクタ装置２とスクリーン１とは正対しており、本来ならば得られる傾斜角度は０度になるはずである。しかしながら、第１パッシブ測距装置３０のプロジェクタ装置２に対する取付誤差があった場合、この傾斜角度が０度とならない。得られた取付誤差はメモリ部４に記録される。

次に、上述した極値数検出処理（ステップＳ４）の詳細について図１２に示すフローチャート、及び図１３を参照しながら説明する。なお、ここでは、ラインセンサ３１ｃまたは３１ｄの５０番目から１００番目までの画素に対して極値数検出処理を行うものとする。制御部３は、まず極値数をカウントするカウンタｎを０に初期化し、ラインセンサ３１ｃまたは３１ｄの画素番号をカウントするカウンタｉを５０に設定する（ステップＳ４１）。

次に、カウンタｉを１加算し（ステップＳ４２）、ｉ番目のセンサデータＤ［ｉ］とｉ−１番目のセンサデータＤ［ｉ−１］との大小を比較する（ステップＳ４３）。センサデータＤ［ｉ］がセンサデータＤ［ｉ−１］よりも大きい場合には（ステップＳ４３／ＹＥＳ）、次に、ｉ番目のセンサデータＤ［ｉ］をｉ＋１番目のセンサデータＤ［ｉ＋１］と比較する（ステップＳ４４）。センサデータＤ［ｉ］がセンサデータＤ［ｉ＋１］以上であった場合には（ステップＳ４４／ＹＥＳ）、図１３に示す（Ａ）、（Ｂ）の状態となっているので、極値であると判定する。制御部３は、極値数をカウントするカウンタｎを１加算する（ステップＳ４７）。また、センサデータＤ［ｉ］の値がセンサデータＤ［ｉ＋１］以上ではなかった場合には（ステップＳ４４／ＮＯ）、図１３（Ｃ）の状態となるため、センサデータＤ［ｉ］は極値とならず、このセンサデータＤ［ｉ］に対する処理を終了し、次のセンサデータに処理を移行する。

またセンサデータＤ［ｉ］が１つ前のセンサデータＤ［ｉ−１］よりも大きくなかった場合には（ステップＳ４３／ＮＯ）、センサデータＤ［ｉ］がセンサデータＤ［ｉ−１］よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４５）。センサデータＤ［ｉ］がセンサデータＤ［ｉ−１］よりも小さい場合には（ステップＳ４５／ＹＥＳ）、次に、ｉ番目のセンサデータＤ［ｉ］をｉ＋１番目のセンサデータＤ［ｉ＋１］と比較する（ステップＳ４６）。センサデータＤ［ｉ］がセンサデータＤ［ｉ＋１］以下であった場合には（ステップＳ４６／ＹＥＳ）、図１３に示す（Ｄ）、（Ｅ）の状態となっているので、極値であると判定する。制御部３は、極値数をカウントするカウンタｎを１加算する（ステップＳ４７）。また、センサデータＤ［ｉ］の値がセンサデータＤ［ｉ＋１］以下ではなかった場合には（ステップＳ４６／ＮＯ）、図１３（Ｆ）の状態となるため、センサデータＤ［ｉ］は極値とならず、このセンサデータＤ［ｉ］に対する処理を終了し、次のセンサデータに処理を移行する。

またセンサデータＤ［ｉ］の値が１つ前のセンサデータＤ［ｉ−１］の値よりも大きくなく（ステップＳ４３／ＮＯ）、センサデータＤ［ｉ］の値がセンサデータＤ［ｉ−１］の値よりも小さくなかった場合（ステップＳ４５／ＮＯ）、すなわち、センサデータＤ［ｉ］の値とセンサデータＤ［ｉ−１］の値とが等しかった場合には、このセンサデータＤ［ｉ］に対する処理を終了し、次のセンサデータに処理を移行する。

上述した手順を繰り返し、１００番目の画素までの処理を終了すると（ステップＳ４８／ＹＥＳ）、極値数をカウントしていたカウンタｎの値をメモリ部４に記憶して（ステップＳ４９）、この処理を終了する。

次に、図１４に示すフローチャートを参照しながら画像サイズ調整工程の詳細について説明する。プロジェクタ装置２を実際に使用する時には、上述した画像サイズ調整工程と台形歪み補正工程とを行い、スクリーン１に生じる台形歪みを補正する。まず、図８（Ａ）、図９（Ａ）に示す所定パターンの画像をスクリーン１に投影する（ステップＳ１１）。投影レンズ光学系８は、前回の使用位置にあるため、スクリーン１に投影される画像のサイズ（ズーム比）は一定しない。プロジェクタ装置２はスクリーン１からの反射光を第１パッシブ測距装置３０の一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄで受光する。第１パッシブ測距装置３０は、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄから出力される電気信号に演算部３２でＡ／Ｄ変換、フィルタ処理等の演算を行い、センサデータを出力する（ステップＳ１２）。制御部３は、第１パッシブ測距装置３０から出力されるセンサデータの一部を使用して極値数検出処理を行う（ステップＳ１３）。なお、この極値数検出処理の詳細については、図１２に示すフローチャートで説明済みであるので省略する。

次に、上述した処理で検出した極値数を、メモリ部４に記憶した基準データの極値数と比較する。検出した極値数が基準データの極値数よりも大きい場合には（ステップＳ１４／ＹＥＳ）、スクリーン１に投影した画像パターンは、基準データ測定時の画像パターンよりも画像が縮小されて投影されていると判定する。そこで、極値数の比率からどの程度画像を拡大すればよいのかを判定し、判定結果に基づいて画像パターンを拡大する（ステップＳ１５）。逆に検出した極値数が基準データの極値数よりも小さい場合には（ステップＳ１４／ＮＯかつステップＳ１６／ＹＥＳ）、基準データ測定時の画像パターンよりも画像が拡大されて投影されていると判定する。そこで、極値数の比率からどの程度画像を縮小すればよいのかを判定し、判定結果に基づいて画像パターンを縮小する（ステップＳ１７）。拡大または縮小した画像パターンを生成すると、この画像パターンをスクリーン１に投影して台形歪みを補正する（ステップＳ１８）。また、極値数と基準極値数とが等しい場合（ステップＳ１４／ＮＯかつステップＳ１６／ＮＯ）、画像パターンのサイズを調整することなく台形歪みを補正する。

次に、図１５に示されたフローチャートを参照しながら台形歪み補正（図１４に示すステップＳ１８）の手順を説明する。まず、投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に位相差検出用の画像パターンを投影する（ステップＳ２１）。第１パッシブ測距装置３０、及び第２パッシブ測距装置４０で位相差の検出が容易となるように、白と黒の縦縞の画像パターンが位相差検出用画像として使用される。位相差検出用画像の反射光をラインセンサ３１ｃ，３１ｄ，４１ｃ，４１ｄでそれぞれ受光し、各ラインセンサの基準位置からのずれ量（位相差）を演算部３２、４２でそれぞれ検出して、測定対象（スクリーン１上の測定位置）までの距離を測定する。スクリーン１上に投影された位相検出用画像の反射光を第１パッシブ測距装置３０、および第２パッシブ測距装置４０で受光して、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄ、４１ｃ，４１ｄの出力データにＡ／Ｄ変換、フィルタ処理等を行う（ステップＳ２２）。演算部３２は、処理された一対の画像データ信号列からそれぞれ抽出した部分画像データ群について相関演算を行い、ずれ量を検出して距離演算を行う（ステップＳ２３）。演算部４２についても同様に、ラインセンサ４１ｃ、４１ｄから出力される画像データに対して相関演算を行い、ずれ量を検出して距離演算を行う（ステップＳ２３）。第１パッシブ測距装置３０、および第２パッシブ測距装置４０によって測距された測距データは、制御部３に送信される。

次に、測距データを用いて傾斜角度演算を行う（ステップＳ２４）。第１パッシブ測距装置３０の測距データにより第１基準方向に対するスクリーン１の傾斜角度θ１（図１６参照）を算出する方法を例に挙げて、角度演算について説明する。図１６に示すように、第１パッシブ測距装置３０の第１基準方向（プロジェクタ装置２の水平方向）に対するスクリーン１の傾斜角度をθ１とし、測距位置１Ａに対して測距演算領域３１ｃＣを用いて測距演算された結果をＬｌ、測距位置１Ｂに対して測距演算領域３１ｃＲを用いて測距演算された結果をＬ２、測距位置１Ａと光軸Ｌとの距離をＬ１’、測距位置１Ｂと光軸Ｌとの距離をＬ２’とすると、傾斜角度θ１は、
ｔａｎθ１＝（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｌ１’＋Ｌ２’）
で求められる。

ここで、三角形の相似により、Ｌ１：Ｌ１’＝ｆ：Ｐ（１ａ−ｋ）が成り立つ。これを展開すると、Ｌ１’＝ＰＬ１（１ａ−ｋ）／ｆとなる。ここで、１ａは測距演算領域３１ｃＬに結像した測距位置１Ａのコントラスト重心位置に相当する画素番号、ｋは光軸に相当するラインセンサの画素番号、Ｐはラインセンサの画素ピッチ、ｆは焦点距離である。同様に、Ｌ２’は、Ｌ２’＝ＰＬ２（１ｂ−ｋ）／ｆで表わせる。ここで、１ｂは測距演算領域３１ｃＲに結像した測距位置１Ｂのコントラスト重心位置に相当する画素番号である。なお、Ｐ及びｆは設計段階等で求められる定数であり、これらの値は制御部３内に予め記憶しておく。なお、コントラスト重心位置の求め方については公知技術（例えば特開平８−７５９８５号参照）であるため、本実施例では、その説明を省略する。また、第２パッシブ測距装置４０の測距データに基づいて、第２基準方向に対するスクリーン１の傾斜角度θ２を算出する方法についても同様の方法を適用することができる。

傾斜角度θ１、θ２が求まると、制御部３は求めた傾斜角θ１と基準データ測定工程でメモリ部４に予め記憶した取付誤差とから水平方向の真の傾斜角度を求める。また垂直方向の傾斜角度は測定したθ２がそのまま使用される。求めた傾斜角度は表示駆動部６に出力される。測定により得られた傾斜角度θ１から、メモリ部４に予め記憶した取付誤差の値を加算または減算することで、真の相対的な傾斜角度を算出することができる。表示駆動部６は、制御部３が算出した水平方向および垂直方向の傾斜角に基づきコンデンサレンズを含む投影レンズ光学系８を調整して投影画像の台形歪みを補正する（ステップＳ２５）。また、投影画像生成部５において制御部３が算出した水平方向および垂直方向の傾斜角度に基づき投影画像とは逆の台形歪みのある画像の表示データを生成し（キーストン補正）、投影画像の台形歪みを電気的に補正するようにしてもよい。

このように本実施例は、プロジェクタ装置２を使用する際に、所定サイズでスクリーン１に投影された測距用パターンに対するラインセンサ３１ｃ，３１ｄの出力の極値数を基準の極値数と比較することで、投影画像のズーム状態を検出している。そして、基準の画像サイズとなるように測距用パターンを再投影するので投影レンズ光学系８のズーム比によらず、正確にスクリーン１までの距離を測定することができる。従って、投影画像の台形歪みを高精度に補正することができる。

なお、上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば、投影レンズ光学系８から投影される画像のサイズを判定する画像サイズ調整工程を行う前に、自動焦点検出装置２０を使用してオートフォーカス処理を行っておいてもよい。投影レンズ光学系８の焦点をスクリーン１に合わせておくことで台形歪みの補正精度を高めることができる。

また、上述した実施例では、基準データ測定工程でスクリーン１に投影した画像サイズと略同一サイズでスクリーン１に投影できる画像パターンを生成して画像サイズを調整しているが、投影レンズ光学系８を駆動してレンズ位置を変更することにより、投影画像のパターンサイズを調整してもよい。

また上述した実施例のプロジェクタ装置２では、光学系駆動部７を制御部３で制御してオートズームを行う機構を例示しているが、操作者の操作入力により投影レンズ光学系８のレンズ位置を変更するマニュアルズーム機構を備えたものであってもよい。

また上述した実施例では、センサデータの極値数を比較して投影画像のサイズを判定していたが、基準データ測定工程と画像サイズ調整工程とで得られたセンサデータを直接比較してその一致度に基づいて使用時の投影画像のズーム状態を検出してもよい。

また上述した実施例では、基準データ測定工程において、基準データの測定と取付誤差の検出とを同時に行っている。基準データの測定で使用した距離データを使用して取付誤差の検出を行うことで製品出荷前の調整時間を短縮することができる。しかしながら基準データの測定は、製品出荷前に取付誤差検出と同時に行う必要はない。なお、測距装置４０を使用して垂直方向の取付誤差を検出し、この取付誤差と傾斜角度θ２とから垂直方向の真の傾斜角度を求めても良い。

プロジェクタ装置２の構成を示す図である。 自動焦点検出装置２０の演算部２２の構成を示す図である。 山登りオートフォーカスについて説明するための図である。 プロジェクタ装置を正面から見た構成を示す図である。 （Ａ）はスクリーン１の水平方向に対する傾斜角度を説明するための図であり、（Ｂ）はスクリーン１の垂直方向に対する傾斜角度を説明するための図である。 パッシブ測距装置によりスクリーンを測距する様子を示した図である。 ラインセンサの構成を示す図である。 （Ａ）はワイド側に移動させた投影レンズ光学系８からスクリーン１に投影される画像パターンを示し、（Ｂ）はこの画像パターンを受光したラインセンサの出力を示す。 （Ａ）はテレ側に移動させた投影レンズ光学系８からスクリーン１に投影される画像パターンを示し、（Ｂ）はこの画像パターンを受光したラインセンサの出力を示す。 調整の際のプロジェクタ装置２とスクリーン１との配置を説明するための図である。 基準データ測定工程の手順を示すフローチャートである。 極値数検出処理の手順を示すフローチャートである。 センサデータの具体例を示す図である。 画像サイズ調整工程の手順を示すフローチャートである。 台形歪み補正の手順を示すフローチャートである。 スクリーン１の傾斜角度の算出方法を説明する図である。 投影画像に生じる台形歪みを説明するための図である。 特許文献１のプロジェクタ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ スクリーン ２ プロジェクタ装置
３ 制御部 ４ メモリ部
５ 投影画像生成部 ６ 表示駆動部
７ 光学系駆動部 ８ 投影レンズ光学系
２０ 自動焦点検出装置 ２１ 受光センサ
２２ 演算部 ３０ 第１パッシブ測距装置
３１ 撮像部 ３２ 演算部
４０ 第２パッシブ測距装置 ４１ 撮像部
４２ 演算部

Claims (3)

1. 画像をスクリーンに投影する投影レンズと、
   前記スクリーンに投影された前記画像の反射光をセンサで受光して、前記スクリーンまでの距離を測定する測距手段と、
   前記スクリーンに投影された前記画像の反射光を前記センサで受光して、該センサの出力データの極値数を求め、該求めた極値数を、所望サイズの前記画像の反射光を前記センサで受光して求められる基準極値数と比較して、前記画像のサイズを前記所望サイズと略同一サイズに調整する制御手段と、を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 前記制御手段は、サイズを調整した前記画像を前記スクリーンに投影して前記スクリーンまでの距離を前記測距手段で測定し、測定した前記スクリーンまでの距離から前記スクリーンの傾斜角度を求めて前記画像の台形歪みを補正することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
3. 所望サイズの画像をスクリーンに投影できる基準位置に投影レンズを駆動し、該基準位置の前記投影レンズから前記スクリーンに投影された前記画像をセンサで受光し、該センサの出力データの極値数を基準極値数として求める基準値測定ステップと、
   前記画像を前記スクリーンに投影して、前記スクリーンからの反射光を前記センサで受光し、該センサの出力データの前記極値数を求める測定ステップと、
   前記測定ステップで求めた前記極値数と前記基準極値数とを比較して、前記画像のサイズを前記所望サイズと略同一サイズに調整する画像サイズ調整ステップと、
   サイズを調整した前記画像を前記スクリーンに投影して、前記スクリーンまでの距離を測定する測距ステップと、を有することを特徴とする距離測定方法。

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