JP2005004169A - 傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】映像の歪補正のためにプロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの垂直方向および水平方向の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。
【解決手段】傾斜角度測定装置は、投射面７０に対して垂直方向と水平方向とのそれぞれに、所定の間隔を有する少なくとも２点のポイント８１を投射するレーザポインタ４１と、レーザポインタ４１より垂直方向と水平方向に所定の間隔を置いて配置されてレンズ５１を通して投射面のポイントを撮像可能なデジタルカメラと、デジタルカメラで撮像したポイントを結ぶ直線の基準線との傾斜角度を、撮像素子の撮像画面８０から解析して、その傾斜角度から投影装置の投射光軸２７の投射面７０に対する傾斜角度を算定する画像解析傾斜角度算定部とを備えている。
【選択図】図２

Description

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の投射面に対する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。

液晶技術やＤＬＰ（登録商標）（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。

しかし、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投射光軸と投射面との相対関係によって画像に台形の歪を生ずるという問題点がある。この問題を解決するために、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の間の距離を検出する距離検出手段とを有し、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（特許文献１参照）。また、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って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（特許文献２参照）。また、スクリーンに投射した画像パターンをスリットを通してラインセンサ上で受像した画像パターンの反射光の位置によりスクリーンまでの距離を求め、スクリーンに投射した画像パターンをスクリーン上で移動させスリットを通してラインセンサ上で受像した画像パターンの反射光の位置の移動とからスクリーンの傾きを求め、あおりアクチュエータを制御して投射部を前後に傾けてあおり調整を行う液晶プロジェクタが開示されている（特許文献３参照）。

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。このため特に歪みの原因となりやすい垂直方向の傾斜を測定するために、スクリーンが垂直に設置されているという前提でプロジェクタの垂直の傾きを重力センサで検知し、その傾きに見合った歪み補正を行うプロジェクタは既に開示されて発売されている（特許文献４参照）。
特開平９−２８１５９７号公報 特開２００１−１６９２１１号公報 特開平９−１９７２４９号公報 特開２００３−５２７８号公報

しかし、特許文献１に開示の方法では、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、特許文献２の方法では、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。特許文献３に記載の方法では、角度検出には画像パターンをスクリーン上で移動させる必要があり、リアルタイムで歪補正を実現する検出速度は得られない。特許文献４に記載の方法はスクリーンが垂直に設置されているという前提であり、スクリーンが垂直に設置されていない場合やプロジェクタの投射光軸に対し水平方向で傾斜している場合には正確な歪み補正を行うことができないという問題がある。

本発明の目的は、映像の歪補正のためにプロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの垂直方向および水平方向の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。

本発明の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタは、
投影装置の投射光軸の投射面に対する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表示部の出力映像を制御することにより投射面の画像の台形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、プロジェクタの筐体の投射方向の面に投射光軸より所定の方向に離れて設けられた導光部と、プロジェクタからの投射光により投射面に生成した少なくとも２点のポイントからの反射光を、導光部を経由して受光する受光素子と、その受光素子における反射光の受光位置情報から、投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度を算定する傾斜角度算定部とを有する。

投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度に従った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。

投影装置は液晶表示部を有する液晶プロジェクタであってもよく、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）表示部とカラーホイールと光源とを有するＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタであってもよい。

第１の態様では、傾斜角度測定装置は、投射面にポイントを投射するレーザポインタと、導光部であるレンズと受光素子である撮像素子とを有するデジタルカメラと、傾斜角度算定部である画像解析傾斜角度算定部とを備えている。レーザポインタの投射口とデジタルカメラのレンズはプロジェクタの筐体の投射方向の面に設けられおり、レーザポインタは、投射面に対して投影装置の垂直方向を規定するための少なくとも２点のポイントと水平方向を規定するための少なくとも２点のポイントを投射する。デジタルカメラのレンズは、レーザポインタの投射口より垂直方向と水平方向に所定の間隔を置いて配置されていて、撮像素子は投射面のポイントを撮像可能である。画像解析傾斜角度算定部は、デジタルカメラの撮像素子の撮像画面から、投射面のポイントを結ぶ直線と、投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線とを受光位置情報として取得し、投射面のポイントを結んで形成された直線と、投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、その傾斜角度から投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度を算定する。

レーザポインタは点照射を行う３個のポイント型レーザポインタであってもよく、線照射を行う２個のライン型レーザポインタであってもよく、直交する線照射を行う１個のクロスライン型レーザポインタであってもよい。

デジタルカメラで撮像したポイントを結んで形成された直線と基準線との間の傾斜角度の、デジタルカメラの撮像素子の撮像画面からの解析は、ポイントを結んで形成された直線と撮像画面の両端の画素ラインとの交点に対応するその画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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してもよい。

第２の態様では、傾斜角度測定装置は、垂直方向に並んだ複数のポイントを投射面上に投射してテストパターンを形成する垂直テストパターン投射部と、水平方向に並んだ複数のポイントを投射面上に投射してテストパターンを形成する水平テストパターン投射部と、導光部である１個の受光用レンズと、受光素子である二次元配列撮像素子と、傾斜角度算定部である画像解析傾斜角度算定部とを備えている。

垂直テストパターン投射部は、プロジェクタ内部に垂直方向に配置された一次元配列発光素子と、その一次元配列発光素子からの投射光を投射面近傍に収束させるための投光用レンズとから構成され、水平テストパターン投射部は、プロジェクタ内部に水平方向に配置された一次元配列発光素子と、その一次元配列発光素子からの投射光を投射面近傍に収束させるための投光用レンズとから構成されている。２個の投光用レンズと受光用レンズはプロジェクタの筐体の投射方向の面に設けられおり、垂直テストパターン投射部の投光用レンズは受光用レンズから水平方向に離れて配置され、水平テストパターン投射部の投光用レンズは受光用レンズから垂直方向に離れて配置されている。二次元配列撮像素子は受光用レンズを経由して投射面の垂直テストパターンおよび水平テストパターンを撮像可能である。

画像解析傾斜角度算定部は、二次元配列撮像素子の撮像画面から、投射面の垂直テストパターンおよび水平テストパターンと、投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線とを受光位置情報として取得し、垂直テストパターンおよび水平テストパターンと、投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との間の傾斜角度を解析して、その傾斜角度から投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度を算定する。

二次元配列撮像素子で撮像したテストパターンと基準線との間の傾斜角度の、二次元配列撮像素子の撮像画面からの解析は、テストパターンを含む直線と撮像画面の両端の画素ラインとの交点に対応するそれぞれの画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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してもよい。

投影装置の投射光軸の投射面に対する垂直方向並びに水平方向の傾斜角度を容易に算出できるので、液晶表示部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に投射された映像を正しい状態に修正することができるという効果がある。

これは、傾斜角度測定装置が、プロジェクタの筐体の投射方向の面に投射光軸より所定の方向に離れて設けられた導光部と、投射面に投射された少なくとも２点のポイントからの反射光を、導光部を経由して受光する受光素子と、その受光素子における反射光の受光位置情報から、投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度を算定する傾斜角度算定部とを有するからである。

第２の態様では第１の態様と異なりポインティングデバイスよりも安価な発光素子を使用するので低価格で構成することができるという効果がある。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の態様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は本発明の第１の態様の第１実施例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）は投射状態を示す模式的側面図、（ｂ）はプロジェクタの正面図、（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。

本明細書の各図面では、理解を容易にするために態様、実施例を通じて同一構成要素には同一の符号と名称を用いる。

ここではプロジェクタ１０を液晶プロジェクタを例として説明するが、ＤＬＰ（登録商標）（デジタルライトプロセッシング）方式のプロジェクタであっても本発明は適用でき、液晶プロジェクタの場合の液晶表示部２２に代わってＤＬＰ方式のプロジェクタでは通常ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）表示部、カラーホイール、光源を備える。

第１の態様のプロジェクタ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、投射面に少なくとも２点のスポットを投射するレーザポインタ４０と、レンズ５１と撮像素子５２とを有するデジタルカメラ５０と、画像解析傾斜角度算定部５３とを備えている。

レーザポインタ４０の投射口とデジタルカメラ５０のレンズ５１はプロジェクタ１０の投射側の面に設けられおり、レーザポインタ４０は、投射面７０に対して投影装置２０の垂直方向を規定するための少なくとも２点のポイント８１ａ、８１ｂと水平方向を規定するための少なくとも２点のポイント８１ｂ、８１ｃを投射し、デジタルカメラ５０のレンズ５１は、レーザポインタ４０の投射口より垂直方向と水平方向に所定の間隔を置いて配置されていて投射面７０のポイント８１を撮像可能である。

画像解析傾斜角度算定部５３は、デジタルカメラ５０の撮像素子５２の撮像画面８０から投射面７０のポイント８１を結ぶ直線と、投影装置２０の垂直方向と水平方向を示す基準線とを取得し、投射面７０のポイント８１を結ぶ直線と、投影装置２０の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、その傾斜角度から投影装置２０の投射光軸２７の投射面７０に対する傾斜角度を算定する。算定した傾斜角度に従って液晶表示部２２の出力映像を画像表示部２３で制御することにより投射面７０の画像の台形の歪が補正される。ここで垂直方向と水平方向を示す基準線は例えば撮像画面８０の垂直方向と水平方向の画素ラインである。また少なくとも２点のポイントはポイントが連続してポインティングラインとなっていてもよい。

次に、本発明の第１の態様の第１実施例についてさらに詳細に説明する。図２（ａ）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プロジェクタ１０は置き台９０上に通常は上下方向に傾斜して配置される。この場合投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０とが直交する状態で投影が行われると液晶表示部２２の映像がそのまま投射面に拡大して投影されるが、投影装置２０の投射光軸２７が投射面７０に対して傾斜している場合は、直交する場合と比較して投射面７０上の画像の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近い位置に比べて画面が拡大するので投影された画像に台形の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の投射面７０に対する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の映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。

本願発明は投影装置２０の投射光軸２７の投射面７０に対する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。

傾斜角度測定装置３０では、図２（ｂ）に示すように、投影装置２０の投射レンズ２１を取り囲んで３個のポイント型レーザポインタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、撮像素子５２を有するデジタルカメラ５０のレンズ５１がそれぞれ正方形の頂点に位置するように配置されている。配置は正確な正方形でなくてもよい。

３個のポイント型レーザポインタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃからのレーザ光４９は、投射面７０上にポイント８１ａ、８１ｂ、８１ｃを結ぶ。図２（ｃ）は投射面７０上のポイント８１ａ、８１ｂ、８１ｃ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、投射面７０は下部のレーザポインタ４１ｂからの距離に比べて上部がレーザポインタ４１ａから離れる方向に傾斜しているので、レーザポインタ４１ａ並びにレーザポインタ４１ｂから水平方向に離れた位置で撮像した撮像素子５２の画像では、レーザポインタ４１ａのポイント８１ａはレーザポインタ４１ｂのポイント８１ｂより図で右側によった位置で表示される。同様に図示されていないが投射面７０は向かって右側のレーザポインタ４１ｃからの距離に比べて向かって左側がレーザポインタ４１ｂから離れる方向に傾斜しているので、レーザポインタ４１ｂ並びにレーザポインタ４１ｃから垂直方向に離れた位置で撮像した撮像素子５２の画像では、レーザポインタ４１ｂのポイント８１ｂはレーザポインタ４１ｃのポイント８１ｃの上側に寄った位置で表示される。この場合のポイントを結ぶ直線の垂直並びに水平方向の基準線に対する傾斜角度は、投射面７０の投射光軸２７に対する垂直並びに水平方向の傾斜角度と相関関係にある。

画像解析傾斜角度算定部５３では、撮像画面８０における各ポイントの位置をそれぞれの画素より解析して垂直方向並びに水平方向のそれぞれ２点のポイントを結ぶ直線と垂直方向並びに水平方向の基準線との傾斜角度を取得し、所定の計算式によって投影装置２０の投射光軸２７の投射面７０に対する上下方向並びに左右方向の傾斜角度を算出して画像制御部２３に出力し、画像制御部２３はその傾斜角度に基づいて所定の計算式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。

ここでは、垂直方向と水平方向とにおける投射光軸２７の投射面に対する傾斜角度を同時に算出するために３点のポイント８１ａ、８１ｂ、８１ｃを投射しているが、垂直方向の傾斜のみの算定であれば２点のポイント８１ａ、８１ｂの投射のみでよく、水平方向の傾斜のみの算定であれば２点のポイント８１ｂ、８１ｃの投射のみでよい。

次に、本発明の第１の態様の第２実施例について図面を参照して説明する。図３は本発明の第１の態様の第２実施例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）は投射状態を示す模式的側面図、（ｂ）はプロジェクタの正面図、（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。

第１の態様の第１実施例では、投影装置２０の投射レンズ２１を取り囲んで３個のポイント型レーザポインタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、撮像素子５２を有するデジタルカメラ５０のレンズ５１がそれぞれ正方形の頂点に位置するように配置されていたが、第２実施例では２個のライン型レーザポインタ４２ａおよび４２ｃが、デジタルカメラ５０のレンズ５１の水平方向と垂直方向とにそれぞれ正方形の頂点に位置するように配置されている。

ライン型レーザポインタ４２ａ、４２ｃは高級レーザポインタによく見られるポイントの連続したラインを表示できるレーザポインタであり、投射面７０上にはポインティングライン８２ａ、８２ｃとして照射される。従って画素解析傾斜角度算定部５３ではポインティングライン８２ａ、８２ｃ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の両端の画素ラインとポインティングライン８２ａ、８２ｃとの交点のそれぞれの画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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してもよく、第１実施例よりも処理が容易となる。

図４は第１の態様における差分画素数から液晶表示部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から縦方向の差分画素数８６と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の投射面７０に対する傾斜角度を生成し（ステップＳ２）、生成した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Ｓ３）、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Ｓ４）、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と相似の画像となる。

次に、本発明の第１の態様の第３実施例について図面を参照して説明する。図５は本発明の第１の態様の第３実施例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）は投射状態を示す模式的側面図、（ｂ）はプロジェクタの正面図、（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。

第１の態様の第２実施例では２個のライン型レーザポインタ４２ａおよび４２ｃが、デジタルカメラ５０のレンズ５１の水平方向と垂直方向とにそれぞれ正方形の頂点に位置するように配置されていたが、第１の態様の第３実施例では１個のクロスライン型レーザポインタ４３がデジタルカメラ５０のレンズ５１に対して投射レンズ２１を挟んで斜め下側の対称位置に位置するように配置されている。

クロスライン型レーザポインタ４３も高級レーザポインタに見られるクロスラインを表示できるレーザポインタであり、投射面７０上には第１の態様の第２実施例と同様のポインティングライン８３として照射される。従って画素解析傾斜角度算定部５３ではポインティングライン８３の画素を解析して傾斜角度を算定してもよいが、例えば上述のように撮像画面８０の両端の画素ラインとポインティングライン８３との交点のそれぞれの画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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。

ここでは、レンズ５１と撮像素子５２を備えたデジタルカメラ５０を用いることとして説明しているが、レンズ５１と撮像素子５２が独立して設けられていてもよい。

次に、本発明の第２の態様の実施例について図６〜図９を参照して説明する。図６は本発明の第２の態様の実施例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７は本発明の第２の態様の実施例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）は投射状態を示す模式的側面図、（ｂ）はプロジェクタの正面図、（ｃ）は二次元配列撮像素子の撮像画面の模式図である。図８は本発明の第２の態様の実施例の投光状態と受光状態を示す模式的部分断面側面図であり、（ａ）は投光状態、（ｂ）は受光状態を示し、図９は本発明の第２の態様の実施例の撮像画面の模式図であり、（ａ）は投射面が投射光軸に対し垂直な場合、（ｂ）は投射面が投射光軸に対し水平面上で向かって左側が離れる方向に傾斜している場合、（ｃ）は投射面が投射光軸に対し垂直面上で上側が離れる方向に傾斜している場合、（ｄ）は投射面が投射光軸に対し水平面上で向かって左側が離れる方向に傾斜し、垂直面上で上側が離れる方向に傾斜している場合である。

第２の態様のプロジェクタ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、垂直方向に並んだ複数のポイント８１ｄを投射面７０上に投射してテストパターン８４Ｖを形成する垂直テストパターン投射部４５Ｖと、水平方向に並んだ複数のポイント８１ｅを投射面７０上に投射してテストパターン８４Ｈを形成する水平テストパターン投射部４５Ｈと、導光部である１個の受光用レンズ５４と、受光素子である二次元配列撮像素子５５と、傾斜角度算定部である画像解析傾斜角度算定部５３とを備えている。

垂直テストパターン投射部４５Ｖは、プロジェクタ１０の内部に垂直方向に配置された一次元配列発光素子４４Ｖと、その一次元配列発光素子４４Ｖからの投射光を投射面７０近傍に収束させるための投光用レンズ４６Ｖとから構成され、水平テストパターン投射部４５Ｈは、プロジェクタ１０の内部に水平方向に配置された一次元配列発光素子４４Ｈと、その一次元配列発光素子４４Ｈからの投射光を投射面７０近傍に収束させるための投光用レンズ４６Ｈとから構成され、２個の投光用レンズ４６Ｖ、４６Ｈと受光用レンズ５４とはプロジェクタ１０の筐体の投射方向の面に設けられおり、図7（ｂ）に示されるように、投射レンズ２１を囲んで、垂直テストパターン投射部４５Ｖの投光用レンズ４６Ｖは受光用レンズ５４から水平方向に離れて配置され、水平テストパターン投射部４５Ｈの投光用レンズ４６Ｈは受光用レンズ５４から垂直方向に離れて配置されていて、二次元配列撮像素子５５は受光用レンズ５４を経由して投射面７０の垂直テストパターン８４Ｖおよび水平テストパターン８４Ｈを撮像可能である。

投光用レンズ４６Ｖ、４６Ｈは、一次元配列発光素子４６Ｖ、４４Ｈからの投射光３１がプロジェクタ１０と投射面７０との間で多く使用される２〜３ｍの距離で焦点が合うように設計されていることが望ましい。また、一次元配列発光素子４４Ｖ、４４Ｈの有効長さと二次元配列撮像素子５５の垂直方向および水平方向の有効長さが同じであり、一次元配列発光素子４４Ｖ、４４Ｈと投光用レンズ４６Ｖ、４６Ｈの距離と二次元配列撮像素子５５と受光用レンズ５４の距離とが同じであれば、投光用レンズ４６Ｖ、４６Ｈと受光用レンズ５４は同じレンズが使用できる。

垂直テストパターン投射部４５Ｖの垂直方向に配置された一次元配列発光素子４４Ｖからの投射光は、図８（ａ）に示すように投光用レンズ４６Ｖによって投射面７０近傍に焦点が合わせられ、投射面７０上に複数のポイント８１ｄが輝点として投影されてその反射光が図８（ｂ）に示すように受光用レンズ５４を経由して二次元配列撮像素子５５上に焦点を結び垂直テストパターン８４Ｖが形成される。

水平テストパターン投射部４５Ｈの水平方向に配置された一次元配列発光素子４４Ｈからの投射光も図８（ａ）に示すように投光用レンズ４６Ｈによって投射面７０近傍に焦点が合わせられ、投射面７０上に複数のポイント８１ｅが輝点として投影されてその反射光が図８（ｂ）に示すように受光用レンズ５１を経由して二次元配列撮像素子５５上に焦点を結び水平テストパターン８４Ｈが形成される。

投射用レンズ４６Ｖ、４６Ｈと受光用レンズ５４の配置が図7（ｂ）に示す配置の場合、二次元配列撮像素子５５で撮像された撮像画像８０は、投射面７０が投射光軸２７に対し垂直な場合には、図９（ａ）に示すようにポイント８１ｄにより形成された垂直テストパターン８４Ｖは垂直となり、ポイント８１ｅにより形成された水平テストパターン８４Ｈも水平となる。投射面７０が投射光軸２７に対し水平面上で向かって左側が離れる方向に傾斜している場合には、図９（ｂ）に示すようにポイント８１ｄにより形成された垂直テストパターン８４Ｖは垂直であるが、ポイント８１ｅにより形成された水平テストパターン８４Ｈは水平方向より右側が下がる。投射面７０が投射光軸２７に対し垂直面上で上側が離れる方向に傾斜している場合には、図９（ｃ）に示すようにポイント８１ｄにより形成された垂直テストパターン８４Ｖは上部が垂直方向より右側に傾き、ポイント８１ｅにより形成された水平テストパターン８４Ｈは水平となる。投射面が投射光軸に対し水平面上で向かって左側が離れる方向に傾斜し、垂直面上で上側が離れる方向に傾斜している場合には、ポイント８１ｄにより形成された垂直テストパターン８４Ｖは上部が垂直方向より右側に傾き、ポイント８１ｅにより形成された水平テストパターン８４Ｈは水平方向より右側が下がる。この場合のポイント８１ｄ、８１ｅから形成される垂直テストパターン８４Ｖ、水平テストパターン８４Ｈを含む直線の垂直並びに水平方向の基準線に対する傾斜角度は、投射面７０の投射光軸２７に対する垂直並びに水平方向の傾斜角度と相関関係にある。

画像解析傾斜角度算定部５３では二次元配列撮像素子５５の撮像画面８０における各ポイント８１ｄ、８１ｅの位置をそれぞれの画素より解析して垂直方向並びに水平方向のそれぞれのポイント８１ｄ、８１ｅを結ぶ垂直テストパターン８４Ｖおよび水平テストパターン８４Ｈを形成し、それぞれの垂直方向並びに水平方向の基準線との傾斜角度を取得し、所定の計算式によって投影装置２０の投射光軸２７の投射面７０に対する垂直方向並びに水平方向の傾斜角度を算出して画像制御部２３に出力し、画像制御部２３はその傾斜角度に基づいて所定の計算式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台形の歪が補正された正しい状態に修正する。ここで垂直方向と水平方向を示す基準線は例えば撮像画面８０の垂直方向と水平方向の画素ラインである。

二次元配列撮像素子５５で撮像したポイント８１ｄ、８１ｅを結ぶ垂直テストパターン８４Ｖ、水平テストパターン８４Ｈと基準線との間の傾斜角度の、二次元配列撮像素子５５の撮像画面８０からの解析は、ポイント８１ｄ、８１ｅを結んで形成されたテストパターン８４Ｖ、８４Ｈを含む直線と撮像画面８０の両端の画素ラインとの交点に対応するそれぞれの画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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してもよい。

図１０は第２の態様における撮像画面のポイント位置から液晶表示部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、二次元配列撮像素子５５の撮像画面８０における各ポイント８１ｄ、８１ｅの位置をそれぞれの画素より解析して垂直方向並びに水平方向のそれぞれのポイント８１ｄ、８１ｅを結ぶ垂直テストパターン８４Ｖおよび水平テストパターン８４Ｈを形成し、それぞれの垂直方向並びに水平方向の基準線との傾斜角度を取得し、（ステップＳ１１）、これを基に投影装置２０の投射光軸２７の投射面７０に対する傾斜角度を生成し（ステップＳ１２）、生成した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Ｓ１３）、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Ｓ１４）、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と相似の画像となる。また、第１の態様で図４を参照して説明したように差分画素数を取得する方法で液晶表示部２２の出力映像を修正してもよい。

ここでは、受光用レンズ５４と二次元配列撮像素子５５が独立して設けられているものとしたが、第１の実施の形態と同様に組み合わされてデジタルカメラが構成されていてもよい。二次元配列撮像素子５５としては二次元ＣＣＤ、二次元ＣＭＯＳセンサ、二次元ＰＳＤが用いられる。

本発明の第１の態様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。 本発明の第１の態様の第１実施例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）は投射状態を示す模式的側面図である。（ｂ）はプロジェクタの正面図である。（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。 本発明の第１の態様の第２実施例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）は投射状態を示す模式的側面図である。（ｂ）はプロジェクタの正面図である。（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。 第１の態様における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。 本発明の第１の態様の第３実施例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）は投射状態を示す模式的側面図である。（ｂ）はプロジェクタの正面図である。（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。 本発明の第２の態様の実施例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。 本発明の第２の態様の実施例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）は投射状態を示す模式的側面図である。（ｂ）はプロジェクタの正面図である。（ｃ）は二次元配列撮像素子の撮像画面の模式図である。 本発明の第２の態様の実施例の投光状態と受光状態を示す模式的部分断面側面図である。（ａ）は投光状態を示す。（ｂ）は受光状態を示す。 本発明の第２の態様の実施例の撮像画面の模式図である。（ａ）は投射面が投射光軸に対し垂直な場合である。（ｂ）は投射面が投射光軸に対し水平面上で向かって左側が離れる方向に傾斜している場合である。（ｃ）は投射面が投射光軸に対し垂直面上で上側が離れる方向に傾斜している場合である。（ｄ）は投射面が投射光軸に対し水平面上で向かって左側が離れる方向に傾斜し、垂直面上で上側が離れる方向に傾斜している場合である。 第２の態様における撮像画面のポイント位置から液晶表示部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。

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
２６ 焦点調整部
２７ 投射光軸
３０ 傾斜角度測定装置
３１ 投射光
３２ 反射光
４０ レーザポインタ
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ ポイント型レーザポインタ
４２ａ、４２ｃ ライン型レーザポインタ
４３ クロスライン型レーザポインタ
４４、４４Ｖ、４４Ｈ 一次元配列発光素子
４５Ｖ 垂直テストパターン投射部
４５Ｈ 水平テストパターン投射部
４６、４６Ｖ、４６Ｈ 投光用レンズ
４９ レーザ光
５０ デジタルカメラ
５１ レンズ
５２ 撮像素子
５３ 画像解析傾斜角度算定部
５４ 受光用レンズ
５５ 二次元配列撮像素子
６０ ＣＰＵ
７０ 投射面
８０ 撮像画面
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ，８１ｅ ポイント
８２ａ、８２ｃ、８３ ポインティングライン
８４Ｖ 垂直テストパターン
８４Ｈ 水平テストパターン
８６ 縦差分画素数
８７ 横差分画素数
９０ 置き台
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１４ ステップ

Claims (11)

1. 投影装置の投射光軸の投射面に対する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表示部の出力映像を制御することにより前記投射面の画像の台形の歪を補正するプロジェクタにおいて、
   前記傾斜角度測定装置は、前記プロジェクタの筐体の投射方向の面に前記投射光軸より所定の方向に離れて設けられた導光部と、前記プロジェクタからの投射光により前記投射面に生成した少なくとも２点のポイントからの反射光を、前記導光部を経由して受光する受光素子と、該受光素子における前記反射光の受光位置情報から、前記投影装置の前記投射光軸の投射面に対する傾斜角度を算定する傾斜角度算定部とを有することを特徴とする傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
2. 前記傾斜角度測定装置は、前記投射面にポイントを投射するレーザポインタと、前記導光部であるレンズと前記受光素子である撮像素子とを有するデジタルカメラと、傾斜角度算定部である画像解析傾斜角度算定部とを備え、
   前記レーザポインタの投射口と前記デジタルカメラのレンズは前記プロジェクタの筐体の投射方向の面に設けられおり、
   前記レーザポインタは、前記投射面に対して前記投影装置の垂直方向を規定するための少なくとも２点のポイントと水平方向を規定するための少なくとも２点のポイントを投射し、
   前記デジタルカメラの前記レンズは、前記レーザポインタの投射口より垂直方向と水平方向に所定の間隔を置いて配置されていて、前記撮像素子は前記投射面の前記ポイントを撮像可能であり、
   画像解析傾斜角度算定部は、前記デジタルカメラの前記撮像素子の撮像画面から、前記投射面の前記ポイントを結ぶ直線と、前記投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線とを前記受光位置情報として取得し、前記投射面の前記ポイントを結ぶ直線と、前記投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、該傾斜角度から前記投影装置の前記投射光軸の前記投射面に対する傾斜角度を算定する、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. 前記レーザポインタは、点照射を行うポイント型レーザポインタであり、前記投影装置の投射レンズを取り囲んで、３個の前記ポイント型レーザポインタと前記デジタルカメラの前記レンズとがそれぞれ正方形の頂点に位置するように配置されている、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. 前記レーザポインタは、前記ポイントが連続して形成されたラインの照射を行うライン型レーザポインタであり、前記投影装置の投射レンズを取り囲んで、垂直方向のポインティングラインを投射する１個のライン型レーザポインタが、前記デジタルカメラのレンズの水平方向の対称位置に、水平方向のポインティングラインを投射する１個のライン型レーザポインタが、前記デジタルカメラのレンズの垂直方向の対称位置に配置されている、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。
5. 前記レーザポインタは、直交する前記ポイントが連続して形成された２本のラインの照射を行うクロスライン型レーザポインタであり、１個のクロスライン型レーザポインタが水平方向並びに垂直方向のポインティングラインを投射するように、前記投影装置の投射レンズを挟んで、前記デジタルカメラのレンズと対称位置に配置されている、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。
6. 前記デジタルカメラで撮像したポイントを結んで形成された直線と前記基準線との間の傾斜角度の、前記デジタルカメラの前記撮像素子の撮像画面からの解析は、ポイントを結んで形成された直線と撮像画面の両端の画素ラインとの交点に対応するそれぞれの画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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、請求項２から請求項５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。
7. 前記傾斜角度測定装置は、垂直方向に並んだ複数の前記ポイントを前記投射面上に投射してテストパターンを形成する垂直テストパターン投射部と、水平方向に並んだ複数の前記ポイントを前記投射面上に投射してテストパターンを形成する水平テストパターン投射部と、前記導光部である１個の受光用レンズと、前記受光素子である二次元配列撮像素子と、傾斜角度算定部である画像解析傾斜角度算定部とを備え、
   前記垂直テストパターン投射部は、前記プロジェクタ内部に垂直方向に配置された一次元配列発光素子と、該一次元配列発光素子からの投射光を前記投射面近傍に収束させるための投光用レンズとから構成され、前記水平テストパターン投射部は、前記プロジェクタ内部に水平方向に配置された一次元配列発光素子と、該一次元配列発光素子からの投射光を前記投射面近傍に収束させるための投光用レンズとから構成され、
   前記２個の投光用レンズと前記受光用レンズは前記プロジェクタの筐体の投射方向の面に設けられおり、前記垂直テストパターン投射部の投光用レンズは前記受光用レンズから水平方向に離れて配置され、前記水平テストパターン投射部の投光用レンズは前記受光用レンズから垂直方向に離れて配置されていて、前記二次元配列撮像素子は前記受光用レンズを経由して前記投射面の前記垂直テストパターンおよび前記水平テストパターンを撮像可能であり、
   画像解析傾斜角度算定部は、前記二次元配列撮像素子の撮像画面から、前記投射面の前記垂直テストパターンおよび前記水平テストパターンと、前記投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線とを前記受光位置情報として取得し、前記垂直テストパターンおよび前記水平テストパターンと、前記投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との間の傾斜角度を解析して、該傾斜角度から前記投影装置の前記投射光軸の前記投射面に対する傾斜角度を算定する、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。
8. 前記二次元配列撮像素子で撮像した前記テストパターンと前記基準線との間の傾斜角度の、前記二次元配列撮像素子の撮像画面からの解析は、前記テストパターンを含む直線と撮像画面の両端の画素ラインとの交点に対応するそれぞれの画素ライン上の画素位置を求め、一端の交点の画素位置と他端の交点の画素位置との間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、請求項７に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
9. 前記投影装置の投射光軸の前記投射面に対する傾斜角度に従った前記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８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。
10. 前記投影装置は液晶表示部を有する、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
11. 前記投影装置はＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）表示部とカラーホイールと光源とを有する、請求項１から請求項９の何れか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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