JP3742074B2 - 傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクタに関し、特にプロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定するための傾斜角度測定装置を有するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶技術やＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）技術の急速な進展に伴うプロジェクタの小型化・高性能化により、画像投射を目的とするプロジェクタの用途も拡大し、家庭内でのディスプレイ型テレビに代わる大型の表示装置としても注目されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２８１５９７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６９２１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、液晶プロジェクタやＤＬＰ方式プロジェクタはディスプレイ型テレビと違って映像面がスクリーンであったり壁であったりするためにプロジェクタの光軸と投射面との相対関係によって映像に歪を生ずるという問題点がある。特開平９−２８１５９７号公報には、液晶プロジェクタの据付角度の検出手段と液晶プロジェクタと投射対象と間の距離を検出する距離検出手段を有し、両検出結果から算出された角度によって液晶表示ユニットの角度を調整する方法が開示されている。この場合液晶表示ユニットの角度を機械的に調整する必要がある。また、特開２００１−１６９２１１号公報には角度制御可能なレーザポインタの光点を曲面のスクリーンに投影し、一方、計測用点画像を生成してプロジェクタからスクリーンに投影し、カメラで撮影して光点と点画像との位置計測を行い点画像を移動しながら両点が一致したときに点画像のフレームメモリ上の画素座標を光点の入力画像上の座標に置換して座標変換パラメータメモリに設定する歪補正方法が開示されている。この場合レーザポインタの角度を制御する必要があり、構造が複雑となる。
【０００５】
一方、スクリーンのプロジェクタの投射光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜がわかればプロジェクタのフレームメモリの座標を変換したりすることによって歪のない映像をスクリーンに投影する技術は実用化されている。
【０００６】
このうち、垂直方向の傾斜については通常投射面が垂直となっているので、既に実用化されている加速度検出素子を用いた傾斜センサを用いて検出した投影装置の傾斜度を投射面に対する投影装置の傾斜と見なすことで、簡単な装置で検出できるが、水平方向の傾斜については簡単な検出の方法がないためプロジェクタに搭載されている歪補正機能を使用して手動で補正を行っている。
【０００７】
本発明の目的は、映像の歪補正のためにスクリーンのプロジェクタの投射光軸に対する傾斜角度を簡単な構成で正確に測定できる傾斜角度測定装置を有するプロジェクタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタは、
プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置を有し、算定した傾斜角度に従って画像表示部の出力映像を制御することにより投射面の映像の歪を補正するプロジェクタである。傾斜角度測定装置は、加速度検出素子を用いた垂直方向傾斜センサと、テストパターン生成部と、デジタルカメラと、画像解析傾斜角度算定部とを備え、テストパターン生成部は、投影装置から投射レンズを通して水平な直線状のテストパターンを投射面に投射し、その投射面のテストパターンを投射レンズの上方垂直方向に離れて配置されたデジタルカメラの撮像素子で撮像し、画像解析傾斜角度算定部が、撮像素子の撮像画面からテストパターンの画素を解析して投影装置の投射光軸と投射面との水平方向傾斜角度を算定するとともに、垂直方向傾斜センサから投影装置の垂直方向傾斜角度を取得して、取得した両傾斜角度に基づいて画像表示部の出力映像を制御することによって投射面の画像の歪を補正する。投影装置の投射光軸と投射面との水平方向傾斜角度の算定は、撮像素子の撮像画面から取得したテストパターンの横方向の差分画素数についての差分画素数情報から算出されてもよい。
【０００９】
デジタルカメラで撮像されたテストパターンと水平基準線との間の傾斜角度の解析は、テストパターンと撮像画面の両端との交点に対応する画素の画素数の差を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定することによって行われ、算定された傾斜角度から所定の計算式によって投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度が算定されてもよく、プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度に従った画像表示部の出力映像の制御は、傾斜角度に対応して予め算出されている画像表示部の入力映像の補正値によってＬＳＩ制御パラメータを作成し、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することによって実行されてもよい。
【００１０】
プロジェクタは液晶プロジェクタであっても、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的ブロック構成図であり、図２は本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的説明図であり、（ａ）はテストパターン投射状態を示す模式的上面図、（ｂ）は投射面が水平方向に傾斜していない場合のテストパターン投射状態を示す模式的側面図、（ｃ）は投射面が水平方向に傾斜している場合のテストパターン投射状態を示す模式的側面図、（ｄ）はプロジェクタの模式的正面図、（ｅ）は投射面が水平方向に傾斜していない場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図、（ｆ）は投射面が水平方向に傾斜している場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
【００１２】
ここでは、液晶プロジェクタを例として説明するが液晶表示部２２をＤＬＰ表示部と読み替えればＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタに対しても同様に適用できる。
【００１３】
プロジェクタ１０は投射レンズ２１と液晶表示部２２とを有する投影装置２０と、液晶表示部２２の画像を制御する画像制御部２３と、傾斜角度測定装置３０と、全体の動作を制御するＣＰＵ６０とを備える。傾斜角度測定装置３０は垂直方向傾斜センサ４０、撮像レンズ５１と撮像素子５２とを有するデジタルカメラ５０、撮像素子５２が撮像した画像の画素を解析して投射面７０に対する投影装置２０の水平方向の傾斜を算出し、垂直方向傾斜センサ４０の検出した垂直方向の傾斜値と併せて画像制御部２３を制御する画像解析傾斜角度算定部５３、およびテストパターン生成部５４を備える。
【００１４】
垂直方向傾斜センサ４０は、機械の据付の心出しなどにも利用されている加速度検出素子を用いた傾斜センサ（Ｇセンサ）であり、重力の方向に対する傾斜角度を精密に測定し数値データとして出力する。一般に投射面７０となる壁やスクリーンは上下方向が垂直となっているので垂直方向傾斜センサ４０の検出値を投射光軸２７と投射面７０との垂直方向の傾斜角度と見なすことができる。投射面７０の上下方向が垂直となっていない場合は投射光軸２７と投射面７０との垂直方向の傾斜角度の補正を手動で行えばよい。
【００１５】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにスクリーンや壁などの投射面７０に映像が投射されるように液晶プロジェクタ１０は配置される。この場合液晶プロジェクタ１０の投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０ａとが直交する状態で投影が行われると液晶表示部２２の画面がそのまま投射面７０ａに拡大して投影されるが、投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０ｂとが傾斜する場合は直交する場合と比較して位置によって投射レンズ２１からの距離が変化し、例えば離れた位置では画面が拡大するので投影された画面に台形歪を生ずるという問題が生ずる。この問題を解決するために例えば上述の特許文献に記載されたような工夫がなされてきた。この場合投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との傾斜角度が正確に把握できれば、画像制御部２３によって液晶表示部２２の画像の画素への配置を移動させることによって投射面７０に投射された映像を正しい状態に修正することができ、その移動度は傾斜角度から数値的に求めることができる。
【００１６】
本発明は投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との傾斜角度を正確に把握することを目的としており、以下に説明する傾斜角度測定装置３０によりその目的は達成される。
【００１７】
傾斜角度測定装置３０では、図２（ｄ）に示すように、投影装置２０の投射レンズ２１から垂直方向上方に離れて撮像素子５２を有するデジタルカメラ５０の撮像レンズ５１が配置されている。
【００１８】
傾斜角度測定モードでは、傾斜角度測定装置３０のテストパターン生成部５４が画像制御部２３を制御して液晶表示部２２から投射レンズ２１を経由して水平な直線状のテストパターン８１を投射面７０に投射する。図２（ｅ）、（ｆ）は投射面７０上のテストパターン８１をデジタルカメラ５０の撮像素子５２で撮像したときの撮像画面８０であり、投射光軸２６と投射面７０ａの水平線とが直交していれば、図２（ｅ）に示すように垂直方向の傾斜に関わりなくテストパターン８１ａは水平に表示される。投射面７０ｂの向かって右側が水平面で投射レンズ２１から離れる方向に傾斜していると、投射レンズ２１から垂直に離れた方向に配置された撮像レンズ５１で撮像した撮像素子５２の撮像画像８０では、図２（ｆ）に示すように右側が上に傾いた状態で表示される。図示されていないが、投射面７０ｂの向かって左側が水平面で投射レンズ２１から離れる方向に傾斜していると、左側が上に傾いた状態で表示される。
【００１９】
画素解析傾斜角度算定部５３では、テストパターン８１ｂの画素を解析して傾斜角度を算定してもよいが、例えば撮像画面８０の両端とテストパターン８１ｂとの交点の画素の画素数の差を算出して予め作成してある差分画素数と傾斜角度を関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定してもよい。
【００２０】
図３は垂直方向傾斜センサ４０で検出された垂直方向の傾斜度と画素解析傾斜角度算定部５３で算出された差分画素数とから液晶表示部２２の出力映像を修正する過程を示す模式的流れ図である。画像解析傾斜角度算定部５３が、撮像素子５２の撮像画面８０からテストパターン８１ｂの横方向の差分画素数８７についての差分画素数情報を取得し（ステップＳ１）、これを基に投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との水平方向傾斜角度を生成し（ステップＳ２）、垂直方向傾斜センサ４０から垂直方向傾斜角度を取得し（ステップＳ３）、取得した両傾斜角度を受けて画像制御部２３はＬＳＩ制御パラメータを生成し（ステップＳ４）、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより（ステップＳ５）、入力映像２４が修正されて液晶表示部２２で出力映像２５となる。この出力映像２５は投射面に投射されると入力映像２４と相似の映像となる。
【００２１】
ここでは、投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との水平方向傾斜角度を画素解析傾斜角度算定部５３で取得し、垂直方向の傾斜角度は垂直方向傾斜センサ４０で取得することとしているが、投射レンズ２１の横方向に撮像レンズ５１を配置し投射レンズ２１から投射された垂直方向のテストパターンを撮像レンズ５１を通じて撮像素子５２で撮像することによって垂直方向の傾斜角度を取得することももちろん可能であり、テストパターンから得られた水平方向並びに垂直方向の傾斜角度を使用して入力映像２４の修正を行ってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、プロジェクタの映像の歪補正のために必要な投射面のプロジェクタの投射光軸に対する傾斜角度を簡単な構成で正確に測定できるという効果がある。
【００２３】
これは、投影装置から投射レンズを通して水平な直線状のテストパターンを投射面に投射し、投射面のテストパターンを投射レンズの垂直方向上方に離れて配置されたデジタルカメラの撮像素子で撮像し、傾斜角度測定装置の画像解析傾斜角度算定部が、撮像素子の撮像画面から横方向の差分画素数についての差分画素数情報を取得して投影装置の投射光軸と投射面との水平方向傾斜角度を生成し、別に設けた垂直方向傾斜センサから垂直方向傾斜角度を取得し、取得した両傾斜角度を受けて画像制御部が入力映像を修正して傾斜に対応した出力映像を出力するからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的ブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的説明図である。
（ａ）はテストパターン投射状態を示す模式的上面図である。
（ｂ）は投射面が水平方向に傾斜していない場合のテストパターン投射状態を示す模式的側面図である。
（ｃ）は投射面が水平方向に傾斜している場合のテストパターン投射状態を示す模式的側面図である。
（ｄ）はプロジェクタの模式的正面図である。
（ｅ）は投射面が水平方向に傾斜していない場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
（ｆ）は投射面が水平方向に傾斜している場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
【図３】垂直方向傾斜センサで検出された垂直方向の傾斜度と画素解析傾斜角度算定部で算出された差分画素数から液晶表示部の出力映像を修正する過程を示す模式的流れ図である。
【符号の説明】
１０ プロジェクタ
２０ 投影装置
２１ 投射レンズ
２２ 液晶表示部
２３ 画像制御部
２４ 入力映像
２５ 出力映像
２７ 投射光軸
３０ 傾斜角度測定装置
４０ 垂直方向傾斜センサ
５０ デジタルカメラ
５１ 撮像レンズ
５２ 撮像素子
５３ 画像解析傾斜角度算定部
５４ テストパターン生成装置
６０ ＣＰＵ
７０、７０ａ、７０ｂ 投射面
８０ 撮像画面
８１ａ、８１ｂ テストパターン
８２ 画素ライン
８７ 横差分画素数
Ｓ１〜Ｓ５ ステップ

Claims (6)

1. プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置を有し、算定した傾斜角度に従って画像表示部の出力映像を制御することにより前記投射面の映像の歪を補正するプロジェクタであって、
   前記傾斜角度測定装置は、加速度検出素子を用いた垂直方向傾斜センサと、テストパターン生成部と、デジタルカメラと、画像解析傾斜角度算定部とを備え、
   前記テストパターン生成部は、前記投影装置から投射レンズを通して水平な直線状のテストパターンを前記投射面に投射し、該投射面のテストパターンを前記投射レンズの上方垂直方向に離れて配置された前記デジタルカメラの撮像素子で撮像し、前記画像解析傾斜角度算定部が、前記撮像素子の撮像画面からテストパターンの画素を解析して前記投影装置の投射光軸と前記投射面との水平方向傾斜角度を算定するとともに、前記垂直方向傾斜センサから前記投影装置の垂直方向傾斜角度を取得して、取得した両傾斜角度に基づいて前記画像表示部の出力映像を制御することによって前記投射面の画像の歪を補正する、傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
2. 前記投影装置の投射光軸と前記投射面との水平方向傾斜角度の算定は、前記撮像素子の撮像画面から取得したテストパターンの横方向の差分画素数についての差分画素数情報から算出される、請求項１に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
3. 前記デジタルカメラで撮像された前記テストパターンと水平基準線との間の傾斜角度の解析は、前記テストパターンと前記撮像画面の両端との交点に対応する画素の画素数の差を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定することによって行われ、算定された傾斜角度から所定の計算式によって前記投影装置の投射光軸と前記投射面との傾斜角度が算定される、請求項２に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
4. 前記プロジェクタの前記投影装置の投射光軸と前記投射面との傾斜角度に従った前記画像表示部の出力映像の制御は、前記傾斜角度に対応して予め算出されている前記画像表示部の入力映像の補正値によってＬＳＩ制御パラメータを作成し、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することによって実行される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
5. 前記プロジェクタは液晶プロジェクタである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
6. 前記プロジェクタはＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。

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