JP5119607B2

JP5119607B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP5119607B2
Application number: JP2006131836A
Authority: JP
Inventors: 直晶寄田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007304284A

Description

本発明は、投影型のプロジェクタに関する。

従来、スクリーンや壁等に画像を投影する投影型のプロジェクタでは、使用者がスクリーン上で所望の色再現ができるように投影画像の画質調整を行っている。また、画像を専用スクリーンではない家庭の壁等の投影面に投影する際、投影面の状態を検出して、画像が均一に投影できる投影面サイズに投影する画像を縮小して投影するプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１０９９１６号公報。

しかしながら、特許文献１に開示されたプロジェクタでは、投影面の色の不均一な部分を投影面から排除するように画像を縮小して投影するため、家庭の壁等に投影しようとすると、広い投影面積を確保することが難しく投影画像が小さくなってしまうと言う問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、家庭の壁等において、投影面上に色や反射率が不均一な部分が存在しても、その影響を軽減して画像を投影することを可能にするプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
投影画像を形成する複数の画素を有する画像投影素子と、
前記画像投影素子で形成された画像を投影面に投影する投影光学系と、
前記投影光学系を介して投影面に投影された投影像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された前記投影面に投影された投影像の前記複数の画素ごとの色および輝度を取得する画像処理部と、
前記撮像部で撮像した投影画像から前記投影面に均一な画像を投影するための前記複数の画素ごとの画像補正情報を算出する画像補正部と、
前記画像補正部で算出した前記画像補正情報により前記画像投影素子で形成する投影画像を補正する画像形成制御部とを有し、
前記画像形成制御部により補正された投影画像を投影した前記投影面を、前記撮像部で撮像して得られた前記投影面に投影された補正された投影像の複数の画素ごとの色および輝度がほぼ一定になったかどうかを前記画像補正部が判定し、前記色および前記輝度がほぼ一定であると判定したときは、前記画像形成制御部が前記画像補正情報に基づき入力投影画像を補正して前記投影面に投影し、
前記色および前記輝度がほぼ一定となっていないと判定した時は、前記輝度がプロジェクタの最大輝度の所定の割合以内に有るかどうかを前記画像補正部が判定し、
前記輝度が前記最大輝度の前記所定の割合以内でないときは、前記画像形成制御部が前記画像補正情報に基づき前記入力投影画像を補正して前記投影面に投影し、
前記輝度が前記最大輝度の前記所定の割合以内であるときには、前記画像表示部で前記投影面に投影する光の輝度を所定量上げて、再度、前記撮像部による前記投影面に投影された前記投影像の撮影と、撮影された前記投影画像の前記画像処理部による前記複数の画素ごとの色および輝度の取得と、前記画像補正部による当該投影画像から前記投影面に均一な画像を投影するための前記画像補正情報の算出と、前記画像形成制御部による当該画像補正情報による前記画像投影素子で形成する前記投影画像の補正とを行うことを特徴とするプロジェクタを提供する。

本発明によれば、家庭の壁等において、投影面上に色や反射率が不均一な部分が存在しても、その影響を軽減して画像を投影することを可能にするプロジェクタを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタで画像を壁に投影している状態の一例を示す。図２は、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタの概略構成ブロック図を示す。図３は、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタの投影面上における画像投影素子と撮像素子それぞれの画素の位置関係の一例を示す。図４は、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタの動作フローチャートを示す。

図１において、プロジェクタ１から壁面３の投影面２に画像を投影する際、投影面２の周辺環境は暗黒状態ではない場合が殆どである。例えば、図示のように壁面３の近傍には室内に僅かの明るさを確保するためのフロアスタンド４が設けられていたり、天井には不図示の天井灯が設けられたりしていることがある。図示のフロアスタンド４の明かりが点灯されている場合、投影面２の左側（図１中、紙面左側）は、フロアスタンド４からの光で投影面２の右側より明るくなる。この状態で、プロジェクタ１から映画等の画像を投影した場合、投影面の左側と右側では画質が異なり、画像の観察者には不満足な画像となってしまう。

また、家庭で大画面の画像を投影する場合には、壁面３等が用いられるが、家庭の壁面３には壁紙等が貼られており、かつこの壁紙には色や模様が付いており、プロジェクタ専用のスクリーンとは表面状態が異なっている。このような、家庭環境において、専用のスクリーンの表面状態とは異なった投影面に画像を投影した場合、投影された画像の劣化は避けられず、鑑賞に堪える画質で画像を得ることが難しい。このような場合、使用者は、投影する投影面の状態に応じて白バランスや輝度等を調整して画質をより良くするように努めている。

本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１は、上記のような画質を悪化させるような環境においても、画質劣化を極力少なくするために、画像を投影する投影面の色や反射率等の情報を取得して、投影面の色を補正し投影する画像の画質の劣化を軽減する。以下、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１について詳説する。

図２は、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１の概略構成ブロック図である。図２において、プロジェクタ１は、外部入力部１０やメモリカード挿入部１１から入力された画像情報を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）（以後、ＲＧＢと記す）の画像信号に変換してプロジェクタ１の画像表示部１３に送るための画像表示制御部１４を有している。

画像表示部１３は、ＲＧＢそれぞれの画像投影素子（説明を簡単にするためにそれぞれを１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂと記す）が画像表示制御部１４からの信号でそれぞれ変調され、光源１５からの光を１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂからそれぞれ射出し、投影光学系１２を介して投影面２に画像を投影する。画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂには、ＬＣＤやＬＣＯＳを用いたライトバルブ、或いはマイクロミラーアレイなどが使用可能である。なお、以降の説明ではＬＣＤライトバルブを用いた場合について行うが、他の画像投影素子でも同様である。

また、プロジェクタ１は、画像が投影される投影面２の面の色、反射率を取得するための撮像素子１６が配設されている。投影面２からの反射される投影像は、投影光学系１２の光軸に不図示の光路分割手段を配置し、不図示の結像光学系を介して撮像素子１６に結像される。なお、光路分割手段は、投影光学系１２の光軸に挿脱可能に構成し、必要な時のみ投影光学系１２の光軸に挿入するように構成することも可能である。撮像素子１６は、例えばＣＣＤ、或いはＣＭＯＳ等の撮像素子が使用可能である。以降の説明ではＣＣＤを用いて説明するが、他の撮像素子でも同様である。また、ＣＣＤ１６はプロジェクタ１の投影光学系１２を介して投影面２に投影された画像を撮像する。このように、プロジェクタ１の投影光学系１２を共用し、画像表示部１３の画像表示面積とＣＣＤ１６が撮像する撮像面積とは等しくなるように構成されている。

投影光学系１２を介してＣＣＤ１６で撮像された投影面２の画像は、画像処理部１７でＣＣＤ１６を構成する画素毎にそれぞれ画像処理されて投影面２の画素毎のＲＧＢからなる色情報として記憶部１８に記憶される。ここで、情報は、ＲＧＢの各色情報と共に各輝度情報をも含むものである。

画像制御部１９は、記憶部１８に記憶されているＣＣＤ１６の画素毎の情報から、ＣＣＤ１６の各画素に対応する投影像の各場所の色情報と反射率情報をそれぞれ算出する。また、ＣＣＤ１６の画素毎の色情報から、投影像における最も出現頻度の多い色を求め、投影像が投影された投影面２の色をこの求められた色と同色のほぼ均一な状態にするための色補正情報を算出する演算を行い、算出された色補正情報を記憶部１８に記憶する。なお、このとき同時に色補正情報から補正後の輝度も演算されて記憶部１８に色補正情報と共に記憶される。ここで、色補正情報は、ＲＧＢ各色補正情報と共にＲＧＢの各輝度情報も含んでいる。

また、画像制御部１９には、マニュアル入力部２０が設けられており、画像制御部１９を介して、補正された後の投影像の色または輝度を使用者が任意に調整することが可能になっている。使用者がマニュアル入力部２０を用いてマニュアル調整した後の色情報および輝度情報は、マニュアル調整前の色補正情報と共に記憶部１８にマニュアル調整色補正情報として記憶される。ここで、マニュアル色補正情報は、ＲＧＢ各色補正情報と共にＲＧＢの各輝度補正情報も含んでいる。

画像制御部１９で算出された色補正情報あるいはマニュアル調整色情報に基き、画像表示制御部１４が入力画像のＲＧＢの色情報および輝度情報をそれぞれ色補正して画像表示部１３に伝達する。色補正情報を用いて入力画像の色情報および輝度情報を補正することにより、投影面２の色がほぼ同色および同輝度に補正されたとされる入力画像が投影面２に投影され、投影画像の品質が悪化することを軽減することが可能になる。このようにして、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１が構成されている。

次に、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１における色補正方法について詳説する。なお、色補正方法には輝度補正方法も含んでいるが、輝度は色情報から算出可能であるため、以下の説明では色情報について主に説明する。

本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１は、投影面２に画像を投影する画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂのそれぞれの画素とＣＣＤ１６のそれぞれの画素とが対応付けられて構成されている。例えば、図３に示すように、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂがそれぞれ（ｍ×ｎ）個の画素で構成され、これにより投影面２が形成される場合、ＣＣＤ１６も（ｍ×ｎ）個の画素で構成され、それぞれの画素の投影面２上での位置（ｉ，ｊ）が対応付けられて構成されている。即ち、投影面２の（ｉ，ｊ）の位置に画像を投影する画像投影素子の画素はそれぞれ１３Ｒ（ｉ、ｊ）、１３Ｇ（ｉ、ｊ）、１３Ｂ（ｉ、ｊ）であり、位置（ｉ，ｊ）の投影像は、ＣＣＤ１６の位置（ｉ，ｊ）の画素が撮像する。

図３では、投影面２上での位置付けを紙面左下を画素（０，０）、右上を画素（ｍ、ｎ）のように定めた場合を示している。なお、これは一例であり、画素の位置の定め方はこれに限られない。なお、ＣＣＤ１６の画素数が、画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの画素数よりも多い場合には、ＣＣＤ１６の複数の画素で、画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの一つの画素からの投影光を受光するように構成すれば良い。また、ＣＣＤ１６の画素数が画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの画素数より少ない場合は、ＣＣＤ１６の一つの画素が画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの複数の画素をカバーするように構成することで同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１の色補正方法に関する処理について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。

使用者が、プロジェクタ１の不図示の投影面色補正釦を押すと、以下の色補正ステップを実行する。

（ステップＳ１）
投影面２の色および輝度の情報を取得するために、投影面２にプロジェクタ１から最大輝度の５０％の輝度を有する白色画像を投影する。

（ステップＳ２）
投影面２上の白色画像が投影された領域をＣＣＤ１６で撮像する。

画像処理部１７は、ＣＣＤ１６で撮像された投影面２の各位置に対応する画素の信号から、投影像の各位置の色情報を取得し記憶部１８に記憶する。

（ステップＳ３）
取得された色情報から、投影面２の色を決めるために、色ヒストグラムを演算で求める。

（ステップＳ４）
色ヒストグラムの中で最も出現度数の多い色が投影面２の最も多い色情報であるから、この色を投影面２を均一に補正するための色として選択する。また、同時に輝度情報も選択される。なお、このステップにおいて、投影面２を補正した色を白色にする場合、使用者が不図示の選択手段を操作することで投影面２の色を白色にする色補正を実行するように設定することができる。

（ステップＳ５）
ＣＣＤ１６の画素数のそれぞれに対応する（ｎ×ｍ）個の色情報が、ステップＳ４で投影面２の色と選択した色になるように、それぞれの画素の色補正情報を演算し求める。求められたＣＣＤ１６のそれぞれの画素に対応する（ｍ×ｎ）個の色補正情報を記憶部１８に記憶する。なお、投影面２の色を白色にする設定が選択されている場合には、各色情報が白色となるようにそれぞれの画素の色補正情報が演算で求められ、色補正情報として記憶部１８に保存される。また、併せて輝度情報が色情報から算出されて色情報と共に記憶部１８に記憶される。

（ステップＳ６）
ＣＣＤ１６の画素毎の色補正情報が画像制御部１９から画像表示制御部１４に送られ、投影面２を選択した色（或いは、白色）にするために各画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの各画素の色補正が行われ、投影光学系１２を介して投影面２に投影される。この補正された投影画像をＣＣＤ１６で再度撮像する。

（ステップＳ７）
画像処理手段１７は、撮像された画像を上述のステップＳ２と同様の処理を行い、ＣＣＤ１６の画素毎の色情報から、色補正した投影像を投射した投影面２の色および輝度がほぼ一定になったかどうかを判定する。判定がＹＥＳの場合はステップＳ８を、ＮＯの場合はステップ１０にジャンプする。

（ステップＳ８）
使用者が、手動で投影像の色や輝度の微調整を行うかを決める。投影像を投影した面が均一ではない、または色がおかしいと使用者が感じた場合には、使用者が微調整を行うことができる。また、投影像の色を白色に選択した場合、赤みがかった白色（色温度が低い）から青みがかった白色（色温度が高い）まで幅があり、使用者の好みに合わせる必要がある。このため、使用者が手動で色や輝度を調整可能な構成になっている。手動による調整を必要としない場合はステップＳ９に、手動による調整をする場合はステップＳ１２にジャンプする。

（ステップＳ９）
画像制御部１９は、ＣＣＤ１６の各画素の色補正情報を画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの各画素の色補正情報として記憶部１８に記憶する。

（ステップＳ１０）
ステップＳ７で色および輝度がほほ一定となっていないと判定された時は、輝度がプロジェクタ１の最大輝度の８０％以内に有るかどうかを判定する。

輝度が最大輝度の８０％を超えている場合には、これ以上の補正を行うことは、画像のダイナミックレンジを狭くしすぎてしまうため、ステップＳ８にジャンプして以降の処理を継続する。一方、輝度が最大輝度の８０％以内であるときには、ステップＳ１１にジャンプする。

（ステップＳ１１）
画像表示部１３で投影面２に投影する光の輝度を所定量（例えば、最大輝度に対して５％程度）上げてステップＳ２にジャンプし、以後の処理を継続する。

このステップＳ１０、Ｓ１１により輝度の過剰な補正を防ぐことができ、投影画像の画質の低下を防ぐことができる。

（ステップＳ１２）
ステップＳ８で手動で投影面２に投影される色や輝度を調整したい時には、画像制御部１９に設けられているマニュアル入力部２０を操作して、色や輝度を調整し、ステップＳ９にジャンプして以降の処理を継続する。

以上のステップＳ１からステップＳ１２の処理で、投影面２の色の状態に対する色補正情報の取得が完了する。

ステップＳ１３で、入力画像が入力された場合、色補正情報に基いて入力画像の色情報が補正されてプロジェクタ１から投影面２に投影される。

（ステップＳ１３）
プロジェクタ１が画像を投影する際に、色補正情報が記憶部１８から画像制御部１９を介して画像表示制御部１４に送られる。画像表示制御部１４は、外部入力部１０から入力された画像データに対して、各画像投影素子１３Ｒ，１３Ｇ、１３Ｂの各画素にそれぞれ色補正情報を反映させ、投影する画像の色情報を補正して画像を投影面２に投影する。なお、メモリーカード挿入部１１に挿入されたメモリーからの画像を投影する場合も同様である。画像投影素子に色補正情報を反映させる方法としては、本来投影したい画像情報に色補正情報を加えて画像情報を作成する方法や、投影面２の色をほぼ均一にするための色補正情報によってまず色を均一にする信号を作成し、その信号に本来投影したい画像の情報を加えて信号を作成する方法などがある。

このように、本発明の実施の形態にかかるプロジェクタ１では、プロジェクタ１から投影面２に投影された白色の画像を、プロジェクタ１に内蔵されているＣＣＤ１６で画素毎に色情報を検出し、投影面２の色情報とされる。この取得した色情報に基づき投影面２を所定の色（或いは白色）および輝度に設定するための補正が行われ、各画素の色補正情報が取得される。この取得した色補正情報を基に外部からの入力画像の色情報を補正することによって、投影面２の色に応じて入力画像の色情報を補正した投影画像を投影面２に投影することが可能になる。

例えば、投影面２の色を白色にする補正をすれば、投影面２の元の色を白色に補正した場合の画像が投影されることになる。また、投影面２が薄い色を有している場合には、投影面２の色をこの薄い色にした場合の画像が投影される。投影面２の色が薄くて白色にしなくても十分な画質が得られる場合には、この補正方法で充分な効果を得ることができる。

また、投影面２に色のむら等がある場合は、投影面２の色むらをなくし、投影面２を白色或いは薄い色とすることで、画像の画質を維持することが可能である。

また、投影面２上に薄い色模様がある場合には、投影面の色を薄い色の模様に合わせることによって、投影面２全面を均一な色にし、模様が画像に影響することを防止することができる。

また、投影面２上における画像投影素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの各画素の位置とＣＣＤ１６の画素の位置を対応させているため、各画素の色と輝度を検出および補正することが可能である。これにより、ＣＣＤ１６の互いに隣接する画素の色や輝度に大幅な変動が検出された場合は、変動のある画素近傍の複数の画素の色情報を用いて平均化処理等の処理を行うことにより、画素間の色や輝度の急峻な変化を補正して境界をぼかすことが可能となる。これにより、画像の見難さを軽減することが可能になる。

なお、上述の説明では、色の補正について詳述したが、ＣＣＤ１６から得られる各画素の色情報から各画素における輝度は算出可能であり、輝度の補正も同様にして行い入力画像の色補正に活用していることは言うまでもない。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の実施の形態にかかるプロジェクタで画像を壁に投影している状態の一例を示す。本発明の実施の形態にかかるプロジェクタの概略構成ブロック図を示す。本発明の実施の形態にかかるプロジェクタの投影面上における画像投影素子と撮像素子それぞれの画素の位置関係の一例を示す。本発明の実施の形態にかかるプロジェクタの動作フローチャートを示す。

符号の説明

１プロジェクタ
２投影面
３壁面
４フロアスタンド
１０外部入力部
１１メモリーカード挿入部
１２投影光学系
１３画像表示部
１４画像表示制御部
１５光源
１６撮像素子（ＣＣＤ）
１７画像処理部
１８記憶部
１９画像制御部
２０マニュアル入力部

Claims

投影画像を形成する複数の画素を有する画像投影素子と、
前記画像投影素子で形成された画像を投影面に投影する投影光学系と、
前記投影光学系を介して投影面に投影された投影像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された前記投影面に投影された投影像の前記複数の画素ごとの色および輝度を取得する画像処理部と、
前記撮像部で撮像した投影画像から前記投影面に均一な画像を投影するための前記複数の画素ごとの画像補正情報を算出する画像補正部と、
前記画像補正部で算出した前記画像補正情報により前記画像投影素子で形成する投影画像を補正する画像形成制御部とを有し、
前記画像形成制御部により補正された投影画像を投影した前記投影面を、前記撮像部で撮像して得られた前記投影面に投影された補正された投影像の複数の画素ごとの色および輝度がほぼ一定になったかどうかを前記画像補正部が判定し、前記色および前記輝度がほぼ一定であると判定したときは、前記画像形成制御部が前記画像補正情報に基づき入力投影画像を補正して前記投影面に投影し、
前記色および前記輝度がほぼ一定となっていないと判定した時は、前記輝度がプロジェクタの最大輝度の所定の割合以内に有るかどうかを前記画像補正部が判定し、
前記輝度が前記最大輝度の前記所定の割合以内でないときは、前記画像形成制御部が前記画像補正情報に基づき前記入力投影画像を補正して前記投影面に投影し、
前記輝度が前記最大輝度の前記所定の割合以内であるときには、前記画像表示部で前記投影面に投影する光の輝度を所定量上げて、再度、前記撮像部による前記投影面に投影された前記投影像の撮影と、撮影された前記投影画像の前記画像処理部による前記複数の画素ごとの色および輝度の取得と、前記画像補正部による当該投影画像から前記投影面に均一な画像を投影するための前記画像補正情報の算出と、前記画像形成制御部による当該画像補正情報による前記画像投影素子で形成する前記投影画像の補正とを行うことを特徴とするプロジェクタ。
前記画像補正部で算出した前記画像補正情報を調整する調整部を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記画像投影素子は、前記画像補正部で前記画像補正情報を算出するときには均一画像を投影し、
前記画像補正部は、前記撮像部で撮像した投影画像中に最も多く存在する色の均一な画像になるように画像補正情報を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
前記画像投影素子は、前記画像補正部で前記画像補正情報を算出するときには白色の均一画像を投影し、
前記画像補正部は、前記撮像部で撮像した投影画像を白色の均一画像になるように画像補正情報を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
前記画像投影素子の各画素と前記撮像素子の画素は対応付けられており、
前記画像投影素子の画素ごとに前記画像補正情報を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。