JP5069038B2

JP5069038B2 - 背面投射型表示装置

Info

Publication number: JP5069038B2
Application number: JP2007111732A
Authority: JP
Inventors: 泰亮村田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: US20080259288A1; JP2008268579A; US8011789B2

Description

本発明は、投射型表示装置に関し、特に、スクリーン上に投射した画像の歪みの補正が可能な背面投射型表示装置に関する。

投射型表示装置は、光源からの光を表示デバイスを用いて画像信号に応じた光学像を形成し、投射レンズによって光学像をスクリーン上に拡大して投射することによって大画面の画像を得ることが可能である。投射型表示装置には様々な種類があり、透過型のスクリーンの背面から画像を投射させる背面投射型表示装置もそのひとつである。

しかし、投射型表示装置には、スクリーンと投射装置との位置関係によって投射画像に縦横台形状の歪みが生じるという問題がある。また、投射型表示装置では、投射装置からスクリーンまでの光路上にミラー等の光学部品を備えるものが多く、光学部品の光学的特性によって表示画像に歪みが生じてしまうという問題もある。光学部品の光学的特性による歪みの形状は、縦横台形状ではなく二次式以上の成分を含んだ複雑な形状となる。

上記の問題に対して、表示画像に生じた歪みを補正する機能を備えた投射型表示装置が必要となる。このような機能を有する投射型表示装置として、画像を表示するスクリーンの四隅に反射部材を配置し、反射部材からの反射光の強度を光センサーで検出することによって４つの反射部材の位置情報を算出し、表示画像の縦横台形歪みの補正を自動的に行なうものがある（例えば、特許文献１参照）。また、スクリーン端の位置を自動的に検出してスクリーン上に表示された複数の調整点をカメラで撮影し、スクリーンに表示させた調整点と予め設定されている基準点とのずれを画像処理によって算出し、算出結果に基づいて表示画像の歪みを補正するものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１８６４６９号公報特開平８−８８８６０号公報

しかし、特許文献１では、スクリーンの四隅に配置された反射板から位置を検出しており、四隅の位置情報だけでは縦横台形歪みを補正することは可能であるが、装置に備えられた光学部品の光学特性による歪みを補正することはできない。さらに、背面投射型表示装置において、反射部材からの反射光を検出することが困難である。

また、特許文献２では、ＣＲＴ方式の投射装置に限定されており、背面投射型表示装置に対してカメラを内蔵してスクリーンを撮影するときに、スクリーンを固定しているフレームなどの構造部材があるため画像処理によるスクリーンの検出が困難であり、画像処理回路も必要となる。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、スクリーンに投射された画像の歪みを補正することのできる背面投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による背面投射型表示装置は、光源からの光を光学像として投射する投射装置と、投射装置を収納する筐体と、筐体に備えられ、光学像が投射される透過型スクリーンと、投射装置から光学像が投射される領域のうち画像表示領域外に設置される２つ以上のセンサーと、投射装置により２つ以上のセンサーによって検出されるための検出用ポイントを画像表示領域外に有する測定用画像を透過型スクリーンに投射する投射手段と、投射手段によって投射された測定用画像の位置をセンサーの出力信号によって算出する位置算出手段と、位置算出手段の結果に基づき、測定用画像の歪みを補正する歪み補正手段とを備え、センサーは、透過型スクリーンを固定するための筐体のフレーム上に設置されることを特徴とする。

本発明は、請求項１に記載のように、光源からの光を光学像として投射する投射装置と、投射装置を収納する筐体と、筐体に備えられ、光学像が投射される透過型スクリーンと、投射装置から光学像が投射される領域のうち画像表示領域外に設置される２つ以上のセンサーと、投射装置により２つ以上のセンサーによって検出されるための検出用ポイントを画像表示領域外に有する測定用画像を透過型スクリーンに投射する投射手段と、投射手段によって投射された測定用画像の位置をセンサーの出力信号によって算出する位置算出手段と、位置算出手段の結果に基づき、測定用画像の歪みを補正する歪み補正手段とを備え、センサーは、透過型スクリーンを固定するための筐体のフレーム上に設置されるため、スクリーンに投射された画像の歪みを補正することができる。

本発明の実施形態について、図面に基づいて以下に説明する。

〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１による背面投射型表示装置の構造図である。図１に示すように、背面投射型表示装置は、光源からの光を光学像として投射する投射装置３０と、投射装置を収納する外装筐体５０と、外装筐体５０に備えられて投射装置３０からの光学像が投射される透過型スクリーン２０と、該スクリーン２０を固定するために外装筐体５０に備えられているフレーム２５と、該フレーム２５上であって、画像表示領域６１（図２参照）以外の領域に設置された光センサー１０とを備えている。ミラー４０は投射装置３０から投射された光学像を透過型スクリーン２０に向けて反射させ、信号処理回路３５は光センサー１０から受信した信号に基づいて投射装置３０から投射される画像を制御している。

投射装置３０では、表示デバイスを用いて光源からの光を画像信号に応じた光学像に形成して投射する。投射装置３０から投射された光学像は、ミラー４０を反射して透過型スクリーン２０およびフレーム２５に向かって投射される。透過型スクリーン２０に投射された光学像は、透過型スクリーン２０を透過して画像として表示される。フレーム２５に備えられた光センサー１０は投射された光学像を受光し、受光した光の明るさに応じた信号を信号処理回路３５に送信している。信号処理回路３５は、光センサー１０から受信した信号に基づいて透過型スクリーン２０に投射された画像の歪みを補正し、補正した画像信号を投射装置３０に送信する。

図２は、本発明の実施形態１による外装筐体前面の構造図である。図２に示すように、外装筐体前面５１のフレーム２５には、透過型スクリーン２０が備えられている。また、フレーム２５の上部の左右端付近には光センサー１０が２箇所設置されている。投射装置３０からミラー４０を反射した光学像は外装筐体前面５１に投射される。理想画像投射領域６０は、透過型スクリーン２０の形状と相似であり、透過型スクリーン２０よりも大きくてフレーム２５上の光センサー１０を含む大きさである。実投射画像６５は、実際に透過型スクリーン２０に投射された画像であり、歪みを有した形状となっている。画像表示領域６１は、投射装置３０から投射された画像のうちの表示に用いられる画像が表示される領域である。背面投射型表示装置では、投射された画像の全てを表示することは少なく、画像の外側の数パーセントはオーバースキャン領域として表示されない。実投射画像６５の形状から理想画像投射領域６０の形状にするためには、実投射画像６５の歪みを補正する必要がある。

実投射画像６５の歪みを補正して理想投射画像領域６０に近づけるためには、理想画像投射領域６０における光センサー１０の位置情報と、実投射画像６５を投射したときの光センサー１０の位置情報とが必要になる。理想画像投射領域６０における光センサー１０の位置情報については、理想画像投射領域６０の位置とサイズや光センサー１０の位置が決まっているため、予めデータとして信号処理回路３５に記憶させておき、使用時には読み出すことが可能である。

実投射画像６５を投射したときの光センサー１０の位置情報については、投射装置３０から測定用画像を透過型スクリーン２０に投射することによって光センサー１０の位置情報を求める。図３は、外装筐体前面５１に検出用ポイント７０を有する測定用画像を投射した状態を示した図である。検出用ポイント７０の数は、光センサー１０の数と同じであり２個である。光センサー１０は、測定用画像の検出用ポイント７０を検出する。測定用画像が有する検出用ポイント７０の形状および大きさは、例えば一辺が画素２ドットの正方形とする。検出用ポイント７０の大きさは、１ドット、２ドット、４ドット、８ドットなどと、任意の値にすることが可能であるが、検出用ポイント７０の領域同士が重なり合わないようにしなければならない。歪み補正の精度を上げるためには、光センサー１０の詳細な位置を求めることが必要であるため検出用ポイント７０の大きさを小さくする必要があり、歪み補正にかかる時間を短縮するためには、光センサー１０による検出を容易にするために検出用ポイント７０を大きくする必要がある。光センサー１０による検出用ポイント７０の検出を容易にするためには、明るさが大きく異なる色にする必要がある。本発明の実施形態では、検出用ポイント７０を白色とし、検出用ポイント７０以外の測定用画像の背景を黒色とする。光センサー１０は、受光した光の明るさに応じた出力信号を信号処理回路３５に送信しているため、検出用ポイント７０の白色とそれ以外の黒色とでは出力信号が異なるため、検出用ポイント７０の検出が可能である。検出用画像の形状は、歪みのない状態で透過型スクリーン２０に投射したときに理想画像投射領域６０と一致し、検出用ポイント７０を光センサー１０の位置と重なり合うか距離が近い位置となるようにする。このときの検出用ポイント７０は、光センサー１０に対応したポイントとなり、基準のポイントとなる。基準となる検出用ポイント７０は、初期位置として予めデータとして信号処理回路３５に記憶させておき、必要に応じて読み出すことが可能である。

歪みがあるとき、外装筐体前面５１に投射した測定用画像の検出用ポイント７０が光センサー１０によって検出されるためには、２箇所の検出用ポイント７０の表示位置を各々に対応した光センサー１０の位置に合うように画像信号を調整しなければならない。具体的な操作の手順を以下に説明する。まず、検出用ポイント７０のうちの１つに注目し、対応する光センサー１０の位置に合っているのかどうかを判定する。判定は、検出用ポイント７０から反射した白色光を光センサー１０が検出し、検出した光センサー１０からの出力信号を受信した信号処理回路３５によって行なわれる。判定の結果、検出用ポイント７０が対応する光センサー１０の位置と合えば、検出用ポイント７０の位置を変更させることはない。一方、検出用ポイント７０の位置が対応する光センサー１０の位置と合わなければ、検出用ポイント７０の表示位置を上下左右のいずれか一方向に１ドット移動させる。検出用ポイント７０の初期位置からの移動量は、信号処理回路３５に記憶しておく。以上の操作を検出用ポイント７０の位置が光センサー１０の位置に合うまで繰り返し行なう。このように、各々の検出用ポイント７０の初期位置と最終的な移動量とから、投射した表示画面のずれ、すなわち歪みの程度を算出することが可能となる。

図４は、本発明の実施形態１による信号処理回路３５の構成図である。図４に示すように、メモリ１０３は予めデータを記憶しておくこと及び、データの読み出しと書き込みが可能である。メモリ１０３ａには、光センサー１０によって検出用ポイント７０を検出して測定するための測定用画像が記憶されている。１０３ｂには、理想画像投射領域６０における光センサー１０の位置情報が予め記憶されており、１０３ｃには、各検出用ポイント７０の移動量が記憶されている。以下に、処理の手順について説明する。

まず、メモリ１０３ａから測定用画像信号が読み出され、画像信号出力部１０８から投射装置３０に送信される。このとき、測定用画像調整部１０２での調整は行なわれず、画像歪み補正部１０７での補正は行なわれない。また、画像信号切替部１０４は測定用画像を表示するようになっている。投射装置３０によって測定用画像が投射され、投射された測定用画像を光センサー１０が受光する。光センサー１０は、受光した光の強度信号を信号処理回路３５に出力する。出力信号判断部１０１では、光センサー１０が検出用ポイント７０である白色光を受光したのかどうかを判断する。そして、白色光を受光していない、すなわち検出用ポイント７０を検出していないと判断されたら、測定用画像調整部１０２において、測定用画像信号１０３ａの検出用ポイント７０を移動させて調整を行い、画像信号出力部１０８から投射装置３０に出力される。検出用ポイント７０の移動量は、検出用ポイント移動量１０３ｃに記憶される。光センサー１０によって測定用画像の検出用ポイント７０を検出する手順の間は、画像歪み補正部１０７での補正は行なわれない。以上の操作を、出力信号判断部１０１が全ての検出用ポイント７０を検出するまで繰り返し行なう。

全ての検出用ポイント７０の検出が終了すると、次は検出用ポイント７０の移動量から画像の歪み補正量の算出を行い、歪みを補正した画像を投射装置３０によって投射する。投射画像位置算出部１０５は、理想センサー位置１０３ｂに記憶されている理想画像投射領域６０における光センサー１０の位置情報と、検出用ポイント移動量１０３ｃに記憶されている検出用ポイント７０の移動量とを読み出し、透過型スクリーン２０に投射したときの画像の位置を算出する。そして、実投射画像６５での光センサー１０の位置情報と理想投射画像での光センサー１０の位置情報との差分を算出する。歪み量算出部１０６では、投射画像位置算出部１０５で算出された結果から投射した画像の歪み量を算出する。画像歪み補正部１０７では、歪み量算出部１０６で算出された歪み量に基づいて画像データに対し画像の歪みの補正を行なう信号処理を実行する。画像歪み補正部１０７で歪みが補正された画像データは、画像信号出力部１０８から投射装置３０に送信される。

以上のことから、実投射画像６５での光センサー１０の位置情報と理想投射画像での光センサー１０の位置情報との差分から、投射した画像の歪み量を算出し、算出した歪み量の分だけ画像を補正することが可能となる。これにより、画像信号切替部１０４が外部入力画像１１０側に切り替わったとき、歪みのない画像がスクリーン２０の画像表示領域６１に表示される。

〈実施形態２〉
図５は、本発明の実施形態２による外装筐体前面５１の構造図である。本発明の実施形態２の特徴は、光センサー１０をフレーム２５の四隅に１個ずつ、合計４個設置していることである。また、４個の光センサー１０のそれぞれに対応するように、検出用ポイント７０が４個設置されている。その他の構成および操作方法は、実施形態１と同様であるためここでは省略する。

このようにすることによって、投射装置３０から投射される画像の縦横台形歪みを補正することが可能である。

〈実施形態３〉
図６は、本発明の実施形態３による外装筐体前面５１の構造図である。本発明の実施形態３の特徴は、光センサー１０をフレーム２５の四隅に１個ずつ、さらに各光センサー１０間に３個ずつ、合計１６個設置していることである。その他の構成および操作方法は、実施形態１と同様であるためここでは省略する。

このようにすることによって、投射装置３０から投射される画像の縦横台形歪みだけでなく、２次以上の高次の成分の歪みを含む画像に対しても補正することが可能である。

〈実施形態４〉
図７は、本発明の実施形態４による外装筐体前面５１の構造図である。本発明の実施形態４の特徴は、光センサー１０の設置場所をフレーム２５ではなく、透過型スクリーン２０上であって画像表示領域６１外にしていることである。その他の構成および操作方法は、実施形態１と同様であるためここでは省略する。

さらに、光センサー１０を四隅に１個ずつ設置すれば、画像の縦横台形歪みを補正することが可能である。また、光センサー１０を四隅に１個ずつ設置し、さらに各光センサー１０間に例えば３個ずつ設置すれば、画像の縦横台形歪みだけでなく、２次以上の高次の成分の歪みを含む画像に対しても補正することが可能である。

本発明の実施形態１による背面投射型表示装置の構造図である。本発明の実施形態１による外装筐体前面の構造図である。本発明の実施形態１による外装筐体前面の構造図である。本発明の実施形態１による信号処理回路の構成図である。本発明の実施形態２による外装筐体前面の構造図である。本発明の実施形態３による外装筐体前面の構造図である。本発明の実施形態４による外装筐体前面の構造図である。

符号の説明

１０光センサー、２０透過型スクリーン、２５フレーム、３０投射装置、３５信号処理回路、４０ミラー、５０外装筐体、５１外装筐体前面、６０理想画像投射領域、６１画像表示領域、６５実投射画像、７０検出用ポイント、１０１出力信号判断部、１０２測定用画像調整部、１０３メモリ、１０３ａ測定用画像信号、１０３ｂ理想センサー位置、１０３ｃ検出用ポイント移動量、１０４画像信号切替部、１０５投射画像位置算出部、１０６歪み量算出部、１０７画像歪み補正部、１０８画像信号出力部、１１０外部入力画像。

Claims

光源からの光を光学像として投射する投射装置と、
前記投射装置を収納する筐体と、
前記筐体に備えられ、前記光学像が投射される透過型スクリーンと、
前記投射装置から前記光学像が投射される領域のうち画像表示領域外に設置される２つ以上のセンサーと、
前記投射装置により前記２つ以上のセンサーによって検出されるための検出用ポイントを前記画像表示領域外に有する測定用画像を前記透過型スクリーンに投射する投射手段と、
前記投射手段によって投射された前記測定用画像の位置を前記センサーの出力信号によって算出する位置算出手段と、
前記位置算出手段の結果に基づき、前記測定用画像の歪みを補正する歪み補正手段と、
を備え、
前記センサーは、前記透過型スクリーンを固定するための前記筐体のフレーム上に設置されることを特徴とする、背面投射型表示装置。