JP2017146520A - プロジェクターおよび画像変位補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投写面が揺れていても、投写面上のマークの有無にかかわらず、投写面上での投写画像の揺れを抑制するプロジェクターおよび画像変位補償方法を提供する。【解決手段】投写面ＳＣに画像を投写するプロジェクター１０は、投写面ＳＣに不可視光を照射する照射部１４ａと、照射部１４ａから照射され、投写面ＳＣで反射した不可視光を受光する受光部１４ｂと、受光部１４ｂの受光結果に基づいて、投写面ＳＣに対するプロジェクター１０の相対的な変位を検出する検出部１５ａと、検出部１５ａの検出結果に基づいて、投写面ＳＣに対する画像の相対的な変位を補償する補償部１７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターおよび画像変位補償方法に関する。

画像を投写するプロジェクターが載せられた設置台や、プロジェクターを天井や壁から吊るしている天吊り装置等が振動すると、その振動がプロジェクターに伝わり、プロジェクターからの投写画像が揺れてしまうことがある。
このような投写画像の揺れを抑制する手法として、プロジェクターに搭載された振動センサーの検出結果に基づいて、プロジェクターの振動に起因する投写画像の揺れを抑制する手法が知られている（特許文献１参照）。この手法では、プロジェクターからの投写画像が、プロジェクターの振動とは逆位相の振動を有する状態で投写される。
また、スクリーン上に予め設けられたマークをプロジェクターに搭載されたカメラが順次撮像し、撮像画像上でのマークの位置の変化に基づいて投写画像の投写方向を制御して投写画像の揺れを抑制する手法も知られている（特許文献２参照）。

特許第５５５６１９３号公報 特開２００５−２９２５６３号公報

特許文献１に記載の手法では、プロジェクターの振動のみに基づいて投写画像の振動が調整されるため、スクリーン等の投写面が振動している場合、この投写面の振動に基づく投写面上での投写画像の揺れを抑制することは困難となる。例えば、プロジェクターと投写面の両方が同じように揺れている場合、投写面上の投写画像の位置は変化しないため、プロジェクターが投写画像を揺らす必要はないが、特許文献１に記載のプロジェクターは、この場合でも投写画像を揺らしてしまう。
一方、特許文献２に記載の手法では、投写面に必ずマークが必要となるため、マークのない投写面が使用された場合、投写面上での投写画像の揺れを抑制することは困難となる。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、投写面が揺れている場合にも、投写面上のマークの有無にかかわらず、投写面上での投写画像の揺れを抑制することを解決課題とする。

本発明に係るプロジェクターの一態様は、投写面に画像を投写するプロジェクターであって、前記投写面に不可視光を照射する照射部と、前記照射部から照射され、前記投写面で反射した前記不可視光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づいて、前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記投写面に対する前記画像の相対的な変位を補償する補償部と、を備えることを特徴とする。
投写面で反射した不可視光（反射光）の受光結果には、不可視光の投写面での照射領域の凹凸の状態が反映される。よって、投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係が変化して照射領域がずれた場合、反射光の受光結果に反映される凹凸の状態もずれる。したがって、反射光の受光結果は、投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係に応じて変化する。このため、本態様によれば、投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係に応じた反射光の受光結果に基づき、投写面に対するプロジェクターの相対的な変位が検出され、該変位に基づき投写面に対する画像の相対的な変位が補償されることになる。よって、投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係の変化に応じて、投写面に対する画像の変位を補償可能となり、投写面が揺れていても、投写面上での画像の揺れを抑制可能になる。
また、投写面で反射した不可視光の受光結果に基づいて投写面に対する画像の変位を補償するので、マークのない投写面が使用された場合にも、投写面上での画像の揺れを抑制可能になる。ここで「補償」とは、相対的な変位が低減すればよく、完全に無くなることまでを必要としない。
また、不可視光を照射するので、不可視光の代わりに可視光を照射する場合に比べて、照射される光が画像の視認性に及ぼす影響を小さくできる。

上述したプロジェクターの一態様において、前記プロジェクターと前記投写面との間の距離を計測する距離計測部をさらに備え、前記補償部は、前記距離計測部の計測結果に基づいて前記補償を調整することが望ましい。
検出される変位の大きさは投写面までの距離に応じて変化する。
この態様によれば、プロジェクターと投写面との間の距離の変化に応じて補償を調整できるので、相対的な変位を効果的に補償できる。

上述したプロジェクターの一態様において、前記距離計測部は、前記照射部が前記不可視光を照射してから、前記受光部が前記投写面で反射した前記不可視光を受光して前記受光結果を出力するまでの時間を計測することによって前記距離を計測することが望ましい。
この態様によれば、照射部と受光部とを距離計測用に兼用するので、構成の簡略化を図ることが可能になる。

上述したプロジェクターの一態様において、前記検出部は、前記受光部の受光結果の変化に基づいて前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位を検出することが望ましい。
上述したように、受光部の受光結果は、投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係の変化に応じて変化する。このため、この態様によれば、投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係の変化に基づいて、投写面に対するプロジェクターの相対的な変位を検出可能になる。

上述したプロジェクターの一態様において、前記照射部は、前記投写面の全面に前記不可視光を照射することが望ましい。
この態様によれば、投写面の全面の凹凸の状態を検出可能となるので、例えば、投写面上での位置を容易に特定可能な特徴的な凹凸の検出ミスを抑制できる。このため、投写面の一部に不可視光を照射する場合に比べて、この特徴的な凹凸を検出できずに、受光部の受光結果から投写面とプロジェクターとの相対的な位置関係の変化を検出し難くなる可能性を低くできる。

上述したプロジェクターの一態様において、前記照射部は、前記投写面の一部に前記不可視光を照射することが望ましい。
この態様によれば、投射面の全面に不可視光を照射する場合に比べて、不可視光の照射領域を少なくでき、例えば、不可視光の照射に要する消費電力を軽減可能になる。

本発明の画像変位補償方法の一態様は、投写面に画像を投写するプロジェクターが行う画像変位補償方法であって、前記投写面に不可視光を照射し、前記照射された不可視光のうち、前記投写面で反射した不可視光を受光し、前記受光の結果に基づいて、前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位を検出し、前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位に基づいて、前記投写面に対する前記画像の相対的な変位を補償する、ことを特徴とする。
この態様によれば、投写面が揺れていても、投写面上での投写画像の揺れを抑制可能になる。また、投写面で反射した不可視光の受光結果に基づいて投写面に対する画像の変位を補償するので、マークのない投写面が使用された場合にも、投写面上での投写画像の揺れを抑制可能になる。

第１実施形態に係るプロジェクター１０の構成を示すブロック図である。 プロジェクター１０や投写面ＳＣの振動の影響を説明するための図である。 受光部１４ｂの一例を示した図である。 投写面ＳＣ上の照射領域ａ１を示す図である。 投写面ＳＣ上の照射領域ａ２を示す図である。 照射領域ａ１の画像ｉ１を示す図である。 照射領域ａ２の画像ｉ２を示す図である。 画像ｉ１と画像ｉ２とを重ね合せた画像ｉ１＋ｉ２を示す図である。 投写光学系２０の一例を示した図である。 変位補償動作を説明するためのフローチャートである。 動きベクトルΔｐをｘ成分Δｘとｙ成分Δｙに分けた図である。 シフト量Ｘを決定する手法を説明するための図である。 シフト量Ｘを決定する手法を説明するための他の図である。 第２実施形態に係るプロジェクター１０１の構成を示すブロック図である。 シフト量Ｘを決定する手法を説明するための図である。 シフト量Ｘを決定する手法を説明するための他の図である。 投写面ＳＣ上の複数の投写領域の一例を示した図である。 不可視光で投写面ＳＣ上を走査していく一例を示した図である。 受光素子の出力の記録例を示した図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１０および画像変位補償方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、プロジェクター１０の構成を示すブロック図である。プロジェクター１０は、画像（以下「投写画像」とも称する）をスクリーンや壁等の投写面ＳＣに投写する。プロジェクター１０は、画像信号入力部１１、操作パネル１２、リモコン受光部１３、照射部１４ａ、受光部１４ｂ、距離計測部１４ｃ、制御部１５、記憶部１６、補償部１７、バスライン１８および投写光学系２０を備えている。

画像信号入力部１１は、パーソナルコンピューターやビデオプレーヤーなどの外部機器３０から、各種の画像信号を入力するための複数の画像入力端子を有している。操作パネル１２は、各種の操作を行うためのボタン群を有している。リモコン受光部１３は、リモコン１９からの操作信号（赤外線信号）を受光する。リモコン１９は、プロジェクター１０本体を遠隔操作するために使用される。リモコン１９は、操作パネル１２と同様に、各種ボタンを有している。

照射部１４ａは、投写面ＳＣに不可視光（例えば、赤外光）を照射する。受光部１４ｂは、照射部１４ａから照射された不可視光のうち、投写面ＳＣ上で反射された不可視光（以下「反射不可視光」と称する）を受光する。なお、不可視光は、赤外光に限らず適宜変更可能である。

不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域は、プロジェクター１０と投写面ＳＣとの相対的な位置関係の変化（例えば、プロジェクター１０の振動や投写面ＳＣの振動に起因する位置関係の変化）によって変更される。

図２は、プロジェクター１０や投写面ＳＣにおける振動の影響を説明するための図である。

図２において、例えば、投写面ＳＣが振動していない状況で、プロジェクター１０ａが搭載台Ｔから振動を受けると、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣとの相対的な位置関係が変化する。この場合、不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域、および、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置が変化する。

また、プロジェクター１０ａが振動していない状況で、投写面ＳＣが壁等から振動を受けると、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣとの相対的な位置関係が変化する。よって、この場合も、不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域、および、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置が変化する。

また、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣが非同期で共に振動している場合も、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣとの相対的な位置関係が変化する。よって、この場合も、不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域、および、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置が変化する。

一方、プロジェクター１０ａが投写面ＳＣと同じように振動すると（例えば、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣとが配置されている部屋全体が揺れている場合）、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣとの相対的な位置関係は変化しない。このため、不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域、および、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置は変化しない。

以上の説明から、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣとの相対的な位置関係が変化したとき、つまり、不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域が変化したときに、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置の変位の補償が必要となることが理解される。
なお、プロジェクター１０ａと投写面ＳＣについての上記関係は、天吊り装置Ｓで天井から吊られているプロジェクター１０ｂと投写面ＳＣの位置関係と、不可視光の投写面ＳＣ上での照射領域と、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置との関係にも適用される。

図３は、受光部１４ｂの一例を示した図である。
図３において、受光部１４ｂは、受光レンズ１４ｂ１とイメージセンサー１４ｂ２とを有している。受光レンズ１４ｂ１は、反射不可視光が表す画像（不可視光にて照射された投写面ＳＣの照射領域を表す画像）をイメージセンサー１４ｂ２上に形成する。
イメージセンサー１４ｂ２は、例えば、不可視光に感応する２次元のセンサー（例えば、ＣＣＤセンサーまたはＣＭＯＳセンサー）である。イメージセンサー１４ｂ２は、反射不可視光が表す画像に応じた画像データを出力する。イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データは、受光部１４ｂの受光結果の一例である。

ここで、反射不可視光が表す画像、つまり、イメージセンサー１４ｂ２上に形成される画像、さらに言えば、イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データが表す画像について説明する。

一般的に、投写面ＳＣは、厳密には平坦ではなく、少なくとも凹部や凸部を有している。投写面ＳＣの凹凸は、例えば、投写面ＳＣとして部屋の壁が用いられた場合に顕著となる。投写面ＳＣの凹凸は、投写面ＳＣの模様として認識される場合もある。これは、投写面ＳＣの凹凸部分での光の反射方向が、投写面ＳＣの平坦部分での光の反射方向と異なることに起因する。

図４〜図８は、投写面ＳＣ上の凹凸状態と、投写面ＳＣにおける不可視光の照射領域ａ１およびａ２と、照射領域ａ１で反射された反射不可視光が表す画像ｉ１と、照射領域ａ２で反射された反射不可視光が表す画像ｉ２の一例を示した図である。

具体的には、図４は、投写面ＳＣ上の照射領域ａ１を示す図である。図５は、投写面ＳＣ上の照射領域ａ２を示す図である。照射領域ａ２は、照射領域ａ１に不可視光が照射された後に不可視光が照射された照射領域である。投写面ＳＣにおける照射領域ａ１から照射領域ａ２への変位Δｎ（図５参照）は、プロジェクター１０と投写面ＳＣとの相対的な位置の変化によって生じる。

図６は、画像ｉ１（照射領域ａ１で反射された反射不可視光が表す画像であり、イメージセンサー１４ｂ２が照射領域ａ１で反射された反射不可視光を受光した際に出力する画像データにて表される画像）を示す図である。図７は、画像ｉ２（照射領域ａ２で反射された反射不可視光が表す画像であり、イメージセンサー１４ｂ２が照射領域ａ２で反射された反射不可視光を受光した際に出力する画像データにて表される画像）を示す図である。
図８は、画像ｉ１と画像ｉ２とを重ね合せた重合せ画像ｉ１＋ｉ２を示す図である。

なお、図４および図５では、照射領域ａ１およびａ２を投写面ＳＣの一部としている。また、図４〜図８では、投写面ＳＣの凹凸のうち３つの凸部ｂ１〜ｂ３のみを示し、また、説明を容易にするために、凸部ｂ１〜ｂ３を誇張して示している。

図６に示すように、照射領域ａ１で反射された反射不可視光が表す画像ｉ１は、照射領域ａ１の凹凸状態を示す画像となる。また、図７に示すように、照射領域ａ２で反射された反射不可視光が表す画像ｉ２は、照射領域ａ２の凹凸状態を示す画像となる。

図４〜図８に示すように、投写面ＳＣとプロジェクター１０との相対的な位置関係が変化して照射領域がずれた場合、その照射領域に対応する画像が示す凹凸の状態（凸部ｂ１〜ｂ３）が画像内でずれることになる（図８の重合せ画像ｉ１＋ｉ２参照）。

次に、凸部ｂ１〜ｂ３の画像内でのずれについて、図８に示す重合せ画像ｉ１＋ｉ２を用いて説明する。

重合せ画像ｉ１＋ｉ２では、画像ｉ１での凸部ｂ１、ｂ２およびｂ３の位置から画像ｉ２での凸部ｂ１、ｂ２およびｂ３の位置までの「ずれ」Δｒが生じている。
ずれΔｒの向きは、図５に示した変位Δｎ（投写面ＳＣに対する照射領域のずれ）の向き、つまり、投写面ＳＣに対するプロジェクター１０の相対的な変位の向きと反対となる。そして、ずれΔｒの大きさは、投写面ＳＣに対するプロジェクター１０の相対的な変位の大きさに対応する。
このため、投写面ＳＣに対するプロジェクター１０の相対的な変位（以下「第１変位」と称する）をΔｐとした場合、第１変位であるΔｐを、ずれΔｒと反対方向の向きを有し、ずれΔｒと同じ大きさを有する「動きベクトル」として表すことができる。このため、以下では、第１変位であるΔｐを「動きベクトルΔｐ」とも称する。

動きベクトルΔｐは、イメージセンサー１４ｂ２が画像ｉ１を受光した際に出力する画像データと、イメージセンサー１４ｂ２が画像ｉ２を受光した際に出力する画像データと、を用いて求めることができる。本実施形態では、後述する検出部１５ａが、画像ｉ１および画像ｉ２を用いて動きベクトルΔｐを検出する。

図４〜図８で示した例では、照射領域を投写面ＳＣの一部としたので、照射領域を投写面ＳＣの全面とする場合に比べて、不可視光の照射に要する負担（例えば、消費電力）を軽減可能になる。
なお、照射領域を投写面ＳＣの全面としてもよい。
例えば、照射領域を投写面ＳＣの一部とした場合、その照射領域に、特徴的な凹部や凸部（例えば、図４〜図８に示したような凸部ｂ１、ｂ２およびｂ３）が含まれない可能性が生じる。この場合、照射領域を表す画像に特徴的な凹部や凸部が示されず、その画像が表す照射領域が投写面ＳＣのどの部分であるかを特定することが困難となる可能性が生じる。
これに対して、照射領域が投写面ＳＣの全面である場合には、その照射領域に、特徴的な凹部や凸部が含まれることになり、照射領域を投写面ＳＣの一部である場合に比べて、その画像が表す照射領域が投写面ＳＣのどの部分であるかを特定することが容易になる。

説明を図１に戻す。距離計測部１４ｃは、プロジェクター１０と投写面ＳＣとの間の距離Ｌを計測する。本実施形態では、距離計測部１４ｃは、照射部１４ａが不可視光を照射してから、受光部１４ｂが投写面ＳＣで反射した反射不可視光を受光して画像データを出力するまでの時間を計測し、この計測値に定数を乗算した値、または、この計測値を距離Ｌ（距離Ｌを表す情報）として用いる。本実施形態では、距離計測部１４ｃの計測値が距離Ｌとして用いられる。
本実施形態では、照射部１４ａと受光部１４ｂとを距離計測用に兼用しているので、構成の簡略化を図ることができる。

なお、距離計測専用の照射部および受光部がプロジェクター１０に設けられた場合、距離計測部１４ｃは、距離計測専用の照射部が光を照射してから、距離計測専用の受光部が投写面ＳＣで反射した光を受光して受光結果を出力するまでの時間を計測して距離Ｌを計測してもよい。また、超音波を送信する送信部と超音波を受信する受信部がプロジェクター１０に設けられた場合、距離計測部１４ｃは、送信部が超音波を送信してから、受信部が投写面ＳＣで反射した超音波を受信して受信結果を出力するまでの時間を計測して距離Ｌを計測してもよい。

制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成されている。制御部１５は、バスライン１８を介して各部に対し信号の入出力を行うことで、プロジェクター１０全体を統括制御する。
制御部１５は、検出部１５ａを有している。
検出部１５ａは、受光部１４ｂの受光結果（画像データ）に基づいて、動きベクトルΔｐを検出する。検出部１５ａは、イメージセンサー１４ｂ２が出力した画像データに基づいて、図８に示したように、画像ｉ２上の凸部ｂ１、ｂ２およびｂ３の位置から画像ｉ１上の凸部ｂ１、ｂ２およびｂ３の位置までのずれの大きさおよび方向を表す動きベクトルΔｐを検出する。この場合、検出部１５ａは、受光部１４ｂの受光結果の変化に基づいて、動きベクトルΔｐを検出することになる。動きベクトルΔｐは、後述する補償部１７にて使用される。

記憶部１６は、制御部１５が行う制御に用いられる制御プログラムおよび制御データを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）や、作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される（いずれも図示省略）。

補償部１７は、画像信号入力部１１に入力された画像信号に対し、所定の画像処理を施す。
所定の画像処理には、投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位（以下「第２変位」と称する）を補償するための画像補正処理（以下「画像変位補償処理」と称する）が含まれる。所定の画像処理には、さらに、画像反転処理、キーストーン歪補正処理、画質調整処理、画像サイズ調整処理、ガンマ補正処理といった公知の画像処理のうち、少なくとも１つの処理が含まれてもよい。
補償部１７は、所定の画像処理が施された画像信号をライトバルブ駆動部２１に出力する。

補償部１７は、検出部１５ａの検出結果（動きベクトルΔｐ）に基づいて第２変位（投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位）を補償する処理を、画像変位補償処理として行う。ここで、「第２変位を補償する」とは、例えば、第２変位が少なくなるように画像信号を補正することを含む。

一例としては、補償部１７は、まず、画像変位補償処理が施されていない画像信号に応じた画像（元画像）の中からフレームを切り出す。続いて、補償部１７は、切り出したフレームを、元画像内で、動きベクトルΔｐの向きとは逆の向きに、動きベクトルΔｐの大きさに応じた量だけシフト補正して、元画像を補正する。ここで、元画像は、切り出されるフレームの周囲に予備の画像領域を有するものとする。補償部１７は、切り出したフレームが予備の画像領域に入り込むように、動きベクトルΔｐに基づいて、該フレームを元画像内でシフトする補正を行う。補償部１７は、シフト補正後の画像を表す画像信号（画像変位補償処理が施された画像信号）を、ライトバルブ駆動部２１に出力する。
本実施形態では、補償部１７は、検出部１５ａの検出結果（動きベクトルΔｐ）と距離計測部１４ｃの計測結果とに基づいて第２変位を補償する。

投写光学系２０は、液晶方式を採用している。投写光学系２０は、ライトバルブ駆動部２１、ランプ駆動部２２、光源ランプ２３、液晶ライトバルブ２４および投写レンズ２５を有している。

ライトバルブ駆動部２１は、液晶ライトバルブ２４を駆動するためのドライバーである。ライトバルブ駆動部２１は、液晶ライトバルブ２４の各画素に、補償部１７から受信した画像信号に応じた駆動電圧を印加することにより、各画素の光透過率を設定する。

ランプ駆動部２２は、放電発光型のランプである光源ランプ２３を点灯するためのドライバーである。ランプ駆動部２２は、高電圧を発生して放電回路を形成するイグナイター部と、点灯後の安定した点灯状態を維持するためのバラスト回路と、を有している（いずれも図示省略）。

光源ランプ２３は光を発する。光源ランプ２３としては、例えば、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプが用いられる。光源ランプ２３としては、これら放電発光型のランプに限らず、発光ダイオード、有機ＥＬ素子、シリコン発光素子、レーザーダイオード等の各種自己発光素子が用いられてもよい。

液晶ライトバルブ２４は、光源ランプ２３が発した光を、補償部１７が処理した画像信号（具体的には、ライトバルブ駆動部２１が出力した駆動電圧）に応じて変調して、画像（画像光）を生成する。

投写レンズ２５は、液晶ライトバルブ２４が生成した画像を投写面ＳＣに投写する。投写レンズ２５としては、複数のレンズが組み合わされた組レンズが用いられる。

図９は、液晶ライトバルブ２４が３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した３つの色別液晶ライトバルブ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂを有する場合の投写光学系２０の一例（ライトバルブ駆動部２１およびランプ駆動部２２を除く）を示した図である。
図９において、投写光学系２０は、図１に示した光源ランプ２３、液晶ライトバルブ２４および投写レンズ２５の他、光分離光学系４０と合成光学系４３を有している。

光分離光学系４０は、光源ランプ２３が発した光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光に分離する。
光分離光学系４０は、ダイクロイックミラー４１ａおよび４１ｂと、ミラー４２ａ〜４２ｃと、を有している。ダイクロイックミラー４１ａは、光源ランプ２３が発した光のうち、赤色光を反射し、赤色光とは異なる色の光を透過する。ダイクロイックミラー４１ｂは、ダイクロイックミラー４１ａを透過した光のうち、緑色光を反射し、緑色光とは異なる色の光（この場合、青色光）を透過する。この緑色光は、液晶ライトバルブ２４Ｇに入射される。ミラー４２ａは、ダイクロイックミラー４１ａが反射した赤色光を、液晶ライトバルブ２４Ｒへ向けて反射する。ミラー４２ｂは、ダイクロイックミラー４１ｂが透過した青色光を反射する。ミラー４２ｃは、ミラー４２ｂが反射した青色光を、液晶ライトバルブ２４Ｂに向けて反射する。

各色別液晶ライトバルブ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂは、液晶パネルと、その入射側および射出側に設けられた偏光板と、を有している（いずれも図示省略）。液晶パネルとしては、例えば、ポリシリコンＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をスイッチング素子として用いた液晶パネルが用いられる。
各色別液晶ライトバルブ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂは、入射光を画像信号に応じて変調する。

合成光学系４３は、各色別液晶ライトバルブ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂによって変調された各色光を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。合成光学系４３は、例えば、ダイクロイックプリズムである。投写レンズ２５は、合成光学系４３が形成したカラー画像を投写面ＳＣに投写する。

＜動作の概要の説明＞
次に、不可視光を用いた投写画像の変位補償動作の概要を説明する。

照射部１４ａは、不可視光を投写面ＳＣに対して間欠的に照射する。受光部１４ｂは、照射部１４ａが照射した不可視光のうち投写面ＳＣで反射された反射不可視光を間欠的に受光する。受光部１４ｂのイメージセンサー１４ｂ２は、反射不可視光を受光するごとに、その反射不可視光に応じた画像を表す画像データを出力する。

距離計測部１４ｃは、照射部１４ａが不可視光を照射するごとに、照射部１４ａが不可視光を照射してから、受光部１４ｂが投写面ＳＣで反射した反射不可視光を受光して画像データを出力するまでの時間を計測する。

検出部１５ａは、イメージセンサー１４ｂ２が画像データを出力するごとに、その画像データに基づいて、投写面ＳＣに対するプロジェクター１０の相対的な位置が変動したか否かを判断する。例えば、検出部１５ａは、イメージセンサー１４ｂ２からの最新の画像データとその１つ前に出力された画像データとが一致する場合には変動なしと判断し、一致しない場合には変動ありと判断する。

投写面ＳＣに対するプロジェクター１０の相対的な位置が変動した場合には、検出部１５ａは、変動の有無の判断に用いた２つの画像データを用いて、動きベクトルΔｐを検出する（図８参照）。

続いて、補償部１７は、投写面ＳＣに対する投写画像の変動を打ち消すように、動きベクトルΔｐに基づいて、画像信号に対して上述した画像変位補償処理を施す。この際、補償部１７は、動きベクトルΔｐと共に、距離計測部１４ｃの計測値を用いて、上述した画像変位補償処理を行う。なお、距離計測部１４ｃの計測値を用いた画像変位補償処理については後述する。

続いて、補償部１７は、画像変位補償処理が施された画像信号を、ライトバルブ駆動部２１に出力する。
ライトバルブ駆動部２１は、画像変位補償処理が施された画像信号に応じて、液晶ライトバルブ２４の各画素を制御する。このため、投写光学系２０は、画像変位補償処理が施された画像信号に応じた画像を、投写面ＳＣに投写する。画像変位補償処理が施された画像信号に応じた画像は、投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位（第２変位）が補償された画像、つまり、第２変位が小さくなった画像となる。

本実施形態では、イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データに基づいて、動きベクトルΔｐが検出され、その動きベクトルΔｐに基づいて、投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位が補償される。つまり、イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データに応じて、投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位が補償されることになる。
ここで、イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データは、投写面ＳＣとプロジェクター１０との相対的な位置関係の変動に応じて変化する。このため、本実施形態では、投写面ＳＣとプロジェクター１０との相対的な位置関係に基づいて、投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位が補償されることになる。

投写面ＳＣの揺れ、投写面ＳＣとプロジェクター１０との両方の揺れ、および、プロジェクター１０の揺れは、投写面ＳＣとプロジェクター１０との相対的な位置関係の変化に反映される。このため、投写面ＳＣが揺れても、投写面ＳＣとプロジェクター１０の両方が揺れても、また、プロジェクター１０が揺れても、投写面ＳＣ上での投写画像の揺れを抑制可能になる。また、投写面ＳＣで反射した不可視光の受光結果を用いて投写面ＳＣに対する投写画像の変位を補償するので、マークのない投写面ＳＣが使用された場合にも、投写面ＳＣ上での画像の揺れを抑制可能になる。また、相対的な位置関係の変動を検出するために不可視光を照射するので、不可視光の代わりに可視光を照射する場合に比べて、照射される光が投写画像の視認性に及ぼす影響を小さくできる。

＜動作の詳細な説明＞
次に、不可視光を用いた投写画像の変位補償動作を詳細に説明する。
図１０は、不可視光を用いた投写画像の変位補償動作を説明するためのフローチャートである。なお、図１０に示した処理は、プロジェクター１０が画像を投写している間、繰り返し実行される。

投写光学系２０が投写面ＳＣへの投写画像の投写を開始すると、制御部１５は、照射部１４ａに、パルス状の照射信号を出力する。照射部１４ａは、パルス状の照射信号に応じて、投写面ＳＣに対して、所定時間の間、不可視光を照射する（ステップＳ１０１）。この際、照射部１４ａは、投写面ＳＣの全面に不可視光を照射してもよいし、投写面ＳＣの一部に不可視光を照射してもよい。

イメージセンサー１４ｂ２は、照射部１４ａからの不可視光の照射に応じて反射不可視光を受光する（ステップＳ１０２）。
イメージセンサー１４ｂ２は、反射不可視光を受光すると、その反射不可視光が表す画像（例えば、図６に示した画像ｉ１または図７に示した画像ｉ２）を示す画像データを出力する。記憶部１６は、イメージセンサー１４ｂ２が出力した画像データを順次記憶していく。

距離計測部１４ｃは、ステップＳ１０１で照射部１４ａが不可視光を照射してから、ステップＳ１０２で受光部１４ｂが投写面ＳＣにて反射した反射不可視光を受光して画像データを出力するまでの時間を計測する（ステップＳ１０３）。この計測時間は、プロジェクター１０から投写面ＳＣまでの距離に対応する。

検出部１５ａは、記憶部１６から、イメージセンサー１４ｂ２が今回出力した画像データ（以下「今回画像データ」と称する）とイメージセンサー１４ｂ２が前回出力した画像データ（以下「前回画像データ」と称する）とを読み出す。続いて、検出部１５ａは、今回画像データと前回画像データとの間で変化があったか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４では、検出部１５ａは、図８に示したように、２つの画像データにて示される画像（例えば、画像ｉ１と画像ｉ２）を用いて、動きベクトルΔｐ（ずれの大きさとずれの向き）を算出する。

例えば、検出部１５ａは、図１１に示したように、動きベクトルΔｐをｘ成分Δｘとｙ成分Δｙに分けて算出する。
ここで、ｘ成分Δｘは、イメージセンサー１４ｂ２が出力した画像データの横方向（図１１に示したｘ軸方向）における、動きベクトルΔｐの成分であり、ｙ成分Δｙは、該画像データの縦方向（図１１に示したｙ軸方向）における動きベクトルΔｐの成分である。
ｘ成分Δｘは、数値で大きさを示し、その数値の正負で向きを示す（正の場合には、ｘ軸の正の向きを示し、負の場合にはｘ軸の負の向きを示す）。同様に、ｙ成分Δｙは、数値で大きさを示し、その数値の正負で向きを示す（正の場合には、ｙ軸の正の向きを示し、負の場合にはｙ軸の負の向きを示す）。

例えば、今回画像データの示す画像が図７に示した画像ｉ２であり、前回画像データの示す画像が図６に示した画像ｉ１である場合、検出部１５ａは、以下のようにして、ｘ成分Δｘとｙ成分Δｙを検出する。
検出部１５ａは、画像ｉ１における凸部ｂ１の最上部のｘ座標から画像ｉ２の凸部ｂ１の最上部のｘ座標を差し引いた値を、ｘ成分Δｘとして検出する。また、検出部１５ａは、画像ｉ１における凸部ｂ１の最上部のｙ座標から画像ｉ２の凸部ｂ１の最上部のｙ座標を差し引いた値を、ｙ成分Δｙとして検出する。

動きベクトルΔｐの大きさがゼロ（ｘ成分Δｘの数値およびｙ成分Δｙの数値が共にゼロ）である場合、検出部１５ａは、変化なしと判断し（ステップＳ１０４でＮＯ）、変化なしを示す情報を、補償部１７に出力して、図１０に示した処理を終了する。その後再び図１０に示した処理が繰り返される。

なお、補償部１７は、変化なしを示す情報を受け付けると、画像信号入力部１１を介して入力された画像信号に対して、画像変位補償処理を除いた所定の画像処理を施す。補償部１７は、画像変位補償処理を除いた所定の画像処理が施された画像信号を、ライトバルブ駆動部２１に出力する。投写光学系２０は、この画像信号に応じた投写画像を投写面ＳＣに投写する。

一方、ステップＳ１０４で動きベクトルΔｐの大きさがゼロでない場合、検出部１５ａは変化ありと判断し（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、ｘ成分Δｘおよびｙ成分Δｙを補償部１７に出力する。

補償部１７は、ｘ成分Δｘおよびｙ成分Δｙを受けると、ｘ成分Δｘおよびｙ成分Δｙに基づいて、第２変位（投写面ＳＣに対する投写画像の相対的な変位）を補償する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５では、補償部１７は、画像変位補償処理が施されていない画像信号に応じた画像（元画像）からフレームを切り出す。

続いて、補償部１７は、切り出したフレームを、元画像において、ｘ成分Δｘの表す向きと反対の向きにｘ成分Δｘの表す大きさに応じた量Ｘだけシフトし、ｙ成分Δｙの表す向きと反対の向きにｙ成分Δｙの表す大きさに応じた量Ｙだけシフトする補正を行う。その後、図１０に示した処理が繰り返される。

ここで、シフト量Ｘとシフト量Ｙの一例について説明する。
図１２および図１３は、補償部１７がシフト量Ｘとシフト量Ｙを決定する手法を説明するための図である。

図１２に示した投写面ＳＣ上の照射領域のずれ量のｘ成分の大きさＤｘは、以下の（１）式で表すことができる。
Ｄｘ＝（｜Δｘ｜・Ｌ）／ｆＪ・・・（１）
ここで、ｆＪは受光レンズ１４ｂ１の焦点距離である。Ｌは、ステップＳ１０３で計測した距離である。

そして、図１３に示したシフト量Ｘは、以下の（２）式で表すことができる。
Ｘ＝（ｆＴ・Ｄｘ）／Ｌ・・・（２）
ここで、ｆＴは投写レンズ２５の焦点距離である。

同様に、投写面ＳＣ上の照射領域のずれ量のｙ成分の大きさＤｙは、以下の（３）式で表すことができる。
Ｄｙ＝（｜Δｙ｜・Ｌ）／ｆＪ・・・（３）

そして、シフト量Ｙは、以下の（４）式で表すことができる。
Ｙ＝（ｆＴ・Ｄｙ）／Ｌ・・・（４）

補償部１７は、（１）式および（２）式を用いてシフト量Ｘを決定し、（３）式および（４）式を用いてシフト量Ｙを決定する。なお、記憶部１６が受光レンズ１４ｂ１の焦点距離ｆＪと投写レンズ２５の焦点距離ｆＴを記憶する場合、補償部１７は、受光レンズ１４ｂ１の焦点距離ｆＪと投写レンズ２５の焦点距離ｆＴを記憶部１６から読み取る。

その後、投写光学系２０が、上述したシフト補正（画像変位補償処理）が行われた画像信号に応じた投写画像を投写面ＳＣに投写することで、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置が元の位置に戻る。

なお、今回画像データがイメージセンサー１４ｂ２から出力された後にプロジェクター１０と投写面ＳＣとの間の距離Ｌが変動する場合が考えられる。この変動が生じると、投写面ＳＣ上の投写画像は、距離Ｌの変化に応じて拡大したり縮小したりしてしまう。

この拡大や縮小を抑制するために、ステップＳ１０４を実行してからステップＳ１０５を実行するまでの間に、再度、距離Ｌを計測し（以下、この計測結果を「距離Ｌａ」と称する）、（２）式および（４）式中の距離Ｌの代わりに距離Ｌａを用いることが望ましい。この際、距離Ｌａの計測は、再度、照射部１４ａに不可視光を照射させて、ステップＳ１０３と同様に行われることが望ましい。

補償部１７は、（２）式および（４）式中の距離Ｌの代わりに距離Ｌａを用いた場合、シフト量Ｘおよびシフト量Ｙを距離Ｌａに応じて調整することになる。

本実施形態によれば、イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データの変化に基づいて、動きベクトルΔｐ（第１変位）が検出される。イメージセンサー１４ｂ２が出力する画像データは、投写面ＳＣとプロジェクター１０との相対的な位置関係の変化に応じて変化する。このため、投写面ＳＣとプロジェクター１０との相対的な位置関係の変化に基づいて、動きベクトルΔｐを検出可能になる。

なお、本実施形態によれば、例えば、投写面ＳＣに投写画像を投写しているプロジェクター１０をユーザーが移動している状況においても、投写面ＳＣ上で投写画像が揺れることを抑制可能になる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態は、シフト量Ｘとシフト量Ｙを決定する手法が第１実施形態と異なる。具体的には、第２実施形態は、プロジェクターから投写面ＳＣまでの距離の情報を用いずに、シフト量Ｘとシフト量Ｙを決定する。以下、第２実施形態について、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

図１４は、第２実施形態に係るプロジェクター１０１の構成を示すブロック図である。図１４において、第１実施形態で説明したものと同一構成のものには同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態のプロジェクター１０１は、距離計測部１４ｃが省略され、補償部１７の代わりに補償部１７ａが備えられている点において、第１実施形態と異なる。
補償部１７ａは、検出部１５ａの検出結果（動きベクトルΔｐ）に基づいて第２変位を補償する。補償部１７ａが行う補償は、第１実施形態における補償部１７が行う補償と比べて、シフト量Ｘとシフト量Ｙを決定する手法が異なる。以下、この点をメインに説明する。

図１５および図１６は、補償部１７ａがシフト量Ｘとシフト量Ｙを決定する手法を説明するための図である。
ｘ成分Δｘが生じたときの、投写面ＳＣに対する投写画像の投写方向の角度変化をθｘとして表すと、以下の（５）式のような関係が成立する（図１５参照）。
θｘ＝ａｒｃｔａｎ（｜Δｘ｜／ｆＪ）・・・（５）
そして、ｘ成分Δｘの大きさに応じたシフト量Ｘは、以下の（６）式で表すことができる（図１６参照）。
Ｘ＝ｆＴ・ｔａｎ（θｘ）・・・（６）

同様に、ｙ成分Δｙが生じたときの、投写面ＳＣに対する投写画像の投写方向の角度変化をθｙとして表すと、以下の（７）式のような関係が成立する。
θｙ＝ａｒｃｔａｎ（｜Δｙ｜／ｆＪ）・・・（７）
そして、ｙ成分Δｙの大きさに応じたシフト量Ｙは、以下の（８）式で表すことができる。
Ｙ＝ｆＴ・ｔａｎ（θｙ）・・・（８）

補償部１７ａは、（５）式および（６）式を用いてシフト量Ｘを決定し、（７）式および（８）式を用いてシフト量Ｙを決定する。
その後、投写光学系２０が、補償部１７ａにてシフト補正（画像変位補償処理）が行われた画像信号に応じた投写画像を投写面ＳＣに投写することで、投写画像の投写面ＳＣ上での投写位置が元の位置に戻る。

本実施形態によれば、補償部１７ａは、プロジェクター１０１と投写面ＳＣとの間の距離の情報を用いることなく、検出部１５ａの検出結果（動きベクトルΔｐ）に基づいて第２変位を補償する。このため、距離計測部１４ｃを不要にでき、第１実施形態に比べて構成を簡略化できる。

＜変形例＞
以上の各実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は相矛盾しない限り適宜に併合され得る。

＜変形例１＞
照射部１４ａが照射する投写面ＳＣ上の照射領域は、投写面ＳＣ上の複数の領域（例えば、図１７に示すような領域ａ３〜ａ７）にて構成されてもよい。なお、複数の領域の数は５個に限らず２個以上であればよい。

＜変形例２＞
イメージセンサー１４ｂ２の代わりに、単一の受光領域のみを有する受光素子が用いられてもよい。この場合、照射部１４ａは、例えば図１８に示すように、不可視光で投写面ＳＣ上を予め定められた方向で走査していき、記憶部１６は、その走査時の受光素子の出力を図１９に示すように走査位置と関連づけて記録していく。照射部１４ａが投写面ＳＣに対する走査を予め定められた速度で行う場合、走査位置を、走査開始時からの経過時間で表してもよい。
図１９に示したような、走査位置と関連づけられた受光素子の出力のデータは、照射領域の凹凸の状態を表す。このため、例えば、検出部１５ａは、このデータから、照射領域の画像データを生成し、その画像データをイメージセンサー１４ｂ２の画像データの代わりに用いる。

＜変形例３＞
上述した各実施形態では、画像信号を補正することによって投写面ＳＣに対する投写画像のずれを抑制した。しかしながら、投写光学系２０に、投写画像の投写方向を変更する光軸補正レンズを設け、画像信号を補正せずに、動きベクトルΔｐを打ち消すように、補償部１７が光軸補正レンズをメカニカルに駆動して投写面ＳＣに対する投写画像のずれを補償してもよい。この場合、補償部１７が光軸補正レンズをメカニカルに駆動して投写面ＳＣに対する投写画像のずれを補償することは、「第２変位を補償する」ことに含まれる。

＜変形例４＞
上述した各実施形態では、透過型液晶方式の投写光学系２０を例示したが、表示原理については、反射型液晶表示方式やＣＲＴ表示方式やマイクロミラーデバイス方式（ライトスイッチ表示方式）など、他の表示方式が採用されてもよい。また、ＲＧＢの３枚の液晶パネルの代わりに、１枚の液晶パネルとカラーホイールとの組み合わせが用いられてもよい。

１０…プロジェクター、１１…画像信号入力部、１４ａ…照射部、１４ｂ…受光部、１４ｃ…距離計測部、１５…制御部、１５ａ…検出部、１６…記憶部、１７…補償部、２０…投写光学系、２１…ライトバルブ駆動部、２２…ランプ駆動部、２３…光源ランプ、２４…液晶ライトバルブ、２５…投写レンズ、ＳＣ…投写面。

Claims (7)

1. 投写面に画像を投写するプロジェクターであって、
   前記投写面に不可視光を照射する照射部と、
   前記照射部から照射され、前記投写面で反射した前記不可視光を受光する受光部と、
   前記受光部の受光結果に基づいて、前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記投写面に対する前記画像の相対的な変位を補償する補償部と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。
2. 前記プロジェクターと前記投写面との間の距離を計測する距離計測部をさらに備え、
   前記補償部は、前記距離計測部の計測結果に基づいて前記補償を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記距離計測部は、前記照射部が前記不可視光を照射してから、前記受光部が前記投写面で反射した前記不可視光を受光して前記受光結果を出力するまでの時間を計測することによって前記距離を計測する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記検出部は、前記受光部の受光結果の変化に基づいて前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクター。
5. 前記照射部は、前記投写面の全面に前記不可視光を照射する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプロジェクター。
6. 前記照射部は、前記投写面の一部に前記不可視光を照射する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプロジェクター。
7. 投写面に画像を投写するプロジェクターが行う画像変位補償方法であって、
   前記投写面に不可視光を照射し、
   前記照射された不可視光のうち、前記投写面で反射した不可視光を受光し、
   前記受光の結果に基づいて、前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位を検出し、
   前記投写面に対する前記プロジェクターの相対的な変位に基づいて、前記投写面に対する前記画像の相対的な変位を補償する、
   ことを特徴とする画像変位補償方法。
   

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