JP2005091665A - プロジェクタ及び障害物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊なスクリーンを必要とせず、通常のスクリーンであっても、プロジェクタとスクリーンの間に障害物が侵入したことを確実に検出でき、且つ、障害物を検出した部分に投射されている映像の輝度を下げる、または、黒（暗転表示）にして、安全対策が施されたプロジェクタを提供する。
【解決手段】プロジェクタにテストパタン発生装置と撮像素子を設け、スクリーンに投影したテストパタンを撮像素子で撮像して、テストパタンの変化を検知することで、プロジェクタとスクリーンの間にある障害物を検出し、障害物を検出した部分に投射されている映像の輝度を下げる、または、黒表示（暗転表示）にする。

Description

本発明は、光源からの照明光を光変調素子により空間変調して形成された光学画像をスクリーン上に拡大投影するプロジェクタ、特に、投射範囲内の障害物をさけて投射するプロジェクタ、および、プロジェクタとスクリーンの間の領域に侵入した障害物を検出する障害物検出方法に関する。

従来、プロジェクタは、設置された部屋を暗くして投影するのが一般的であったが、近年、明るい部屋で大きなスクリーンに投影したいという要求がある。そこで、この要求に応じて光源等の改良がなされ、現在では、投射される光の強度が強力なプロジェクタも登場してきた。この、投射光強度の強いプロジェクタの使用中に、投射レンズとスクリーンとの間に入った祭、投射レンズを不用意に覗き込んでしまうと、目を痛める危険がある。また、投射レンズを覗き込まなくても眩しく感じるときがあり、事故発生の元になる。

上記の問題点を解消すべく、投射レンズとスクリーンとの間の領域に物体が侵入すると、物体検出手段により検出し、投射動作を中断、或いは、光源の発光強度を弱める等の安全対策が施されたプロジェクタが現れた。このような安全対策が施され、投射範囲内の障害物をさけて投射するプロジェクタとして、例えば、特許文献１、特許文献２等にあるように、レンズ覗き見防止など投射レンズの近辺に超音波センサーなどに代表される障害物検出器を設けたものが一般的であった。

例えば、特許文献１に記載されたプロジェクタは、図９に示すように、プロジェクタ本体１のキャビネットの前面、スクリーン１０と対向する位置に物体検出センサー２３が取り付けられており、投射光の範囲内に人物等の障害物が侵入したのを物体検出センサー２３が検知すると、制御回路２７、シャッター駆動回路２２が動作してシャッター２１を閉じ、投射光を遮断して投影動作を中断する構成になっている。プロジェクタ本体１のキャビネット内には、映像信号形成用の映像信号処理回路２６と、映像信号処理回路２６の出力信号に基づいて投影のための映像を形成・表示する液晶表示パネル４と、液晶表示パネル４を照明する白色光源５と、液晶表示パネル４で形成された映像をスクリーン１０に拡大投影する投射レンズ２と、投射光路を遮断するシャッター２１と、物体検出センサー２３の出力信号に基づいてシャッター２１を制御する制御回路２７、シャッター駆動回路２２とを備えている。

特許文献２に記載されたプロジェクタは、図１０に示すように、光源５と、光源駆動用電源回路３２と、液晶表示パネル３３と、液晶駆動回路３４と、投射レンズ２と、光源駆動用電源３２を制御する制御回路３６とを備え、液晶表示パネル３３の外周部には発光素子３８と受光素子３７が対になって複数組配設されて、発光素子３８から発せられた赤外線がプロジェクタから出てスクリーン１０の外周部に設けられた反射部材３０で反射され、再びプロジェクタに入って受光素子３７に到達する構成になっている。

ここで、もしスクリーン１０と投射レンズ２の間に人間が侵入した場合には、スクリーン外周部反射部材３０からの反射光が遮られるため、受光素子３７に赤外線が入射しない。制御回路３６は、受光素子３７の１つでも赤外線が届かなかったことを検出すると、光源駆動用電源３２を制御して光源５の光量を減光する。

実開平３−９４８８８号公報 特開２００２−１９６４１６号公報

特許文献１のプロジェクタでは、人がプロジェクタから遠く離れて、スクリーン側に立つなどしてプロジェクタから距離をおき、障害物検出器の検出範囲外に出てしまうと、投射領域内に人がいることをプロジェクタは検知できないため、安全装置が働かず、プロジェクタからの光が直接目に入り、眼を痛めるなどの問題があった。近年、プロジェクタの高輝度化によりこの問題は大きくなってきている。

また、特許文献２のプロジェクタの場合、スクリーン外周部に反射部材３０を設け、この反射部材３０からの反射光を受光しているので、人がスクリーン近くにいて、プロジェクタから遠く離れていても、投射レンズとスクリーンの間に人が入ってきたことを確実に検出できるが、外周部に反射部材３０を備えた特殊なスクリーンを必要とする欠点がある。さらに、発光素子間の間隔が広すぎて、スクリーン付近の光の間隔が人間の頭の大きさよりも大きいと検出できない欠点がある。このため、プロジェクタのスクリーン１０が最大の大きさであっても、スクリーン付近の光の間隔が人間の頭の大きさよりも十分小さくなるように発光素子を設けなければならず、部品点数が多くなり経済的でない。

本発明は、上述の問題点を解消するためになされたもので、特殊なスクリーンを必要とせず、通常のスクリーンであっても、プロジェクタとスクリーンの間に障害物が侵入してきたことを確実に検出でき、且つ、障害物を検出した部分に投射されている映像の輝度を下げる、または、黒（暗転表示）にして、安全対策が施されたプロジェクタを提供することを目的としたものである。

本発明のプロジェクタは、光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、テストパタン投射手段によりスクリーンに投影されたテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像を、撮影映像解析手段にて、予め記憶してある基準のテストパタンと比較し、その相違の有無によりプロジェクタの映像投射範囲内にある障害物を検出する構成になっている。ここで、基準のテストパタンは、テストパタン投射手段で投射するために形成されたものを用いてもよいが、スクリーンの歪み等の状態も反映されたものを用いるのがよい。則ち、障害物がない状態でスクリーンに投影されたテストパタンを撮影したものを基準のテストパタンとして用いるのがよい。この基準のテストパタンは、後述するプロジェクタや検出方法にも適用している。

本発明の二つ目のプロジェクタは、上記構成に加えて、障害物検出後に、障害物がある部分に該当する映像の輝度を下げ、その他の映像部分は高輝度の明るいままで投影する構成になっている。則ち、光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と、投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、テストパタン投射手段によりスクリーンに投影されたテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像を、撮影映像解析手段にて、予め記憶してある基準のテストパタンと比較し、その相違の有無によりプロジェクタの映像投射範囲内にある障害物を検出し、輝度を下げる手段により投射映像内の障害物が在る範囲に該当する映像のみの輝度を低下又は黒表示にし、その他の映像部分は高輝度の明るいままで映像をスクリーンに投影する構成である。

上記何れのプロジェクタにおいても、テストパタン撮影映像と予め記憶してある基準のテストパタンとの相違は、テストパタン撮影映像と基準のテストパタンとの差分を抽出して得られた検出映像の輝度が一様であるか否かを調べることにより検出している。テストパタンは、障害物があるときと無いときでテストパタン撮影映像に変化が現れるのであればどのようなものでもよい。ここでは、複数の直線から成る、所謂、縞模様のテストパタンを用いている。

本発明の第３のプロジェクタは、光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、テストパタン投射手段によりスクリーンに投影された複数の直線から成るテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線あるか否かを検出することにより、プロジェクタの映像投射範囲内の障害物の有無を検出する構成になっている。

さらに、本発明の第４のプロジェクタは、第３のプロジェクタの構成に加えて、障害物検出後に、障害物がある部分に該当する映像の輝度を下げ、その他の映像部分は高輝度の明るいままで投影する構成になっている。則ち、光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、テストパタン投射手段によりスクリーンに投影された複数の直線から成るテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線あるか否かを検出することにより、プロジェクタの映像投射範囲内の障害物の有無を検出し、輝度を下げる手段により投射映像内の障害物が存在する範囲に該当する映像のみの輝度を低下又は黒表示にし、その他の映像部分は高輝度の明るいままで映像をスクリーンに投影する構成である。

上記、第３、第４のプロジェクタにおいて、テストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線であるか否かは、例えば、テストパタン撮影映像上を直線状に順次走査し、輝度の変化を検査することで判定できる。また、この検出方法においても上記第１、第２のプロジェクタと同様、縞模様のテストパタンを用いるのが望ましい。

本発明の障害物検出方法は、プロジェクタとスクリーンの間に障害物があるか否かを検出する方法であって、スクリーン上にテストパタンを投影し、この投影されたテストパタンを撮像素子で撮影して得られたテストパタン撮影映像を、基準のテストパタンと比較し、その相違の有無により映像投射範囲内に障害物があるか否かを検出することを特徴とする障害物検出方法である。ここで、テストパタン撮影映像と基準のテストパタンの相違は、例えば、テストパタン撮影映像と基準のテストパタンとの差分を抽出して得られた検出映像の輝度が一様であるか否かを調べることにより検出できる。また、テストパタンとしては、曲線を含むテストパタンでもよいが、曲線を含むテストパタンは画像処理が複雑になるので、複数の直線から成るテストパタンを用いるのが画像処理上望ましい。さらに、直線も互いに平行になっている、所謂、縞模様のテストパタンであると、テストパタン撮影映像と基準のテストパタンを比較して差分を抽出する画像処理が簡単になるので望ましい。

本発明のもう一つの障害物検出方法は、複数の直線から成るテストパタンをスクリーン上に投影し、前記投影されたテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線あるか否かを検出することにより、映像投射範囲内の障害物の有無を検出することを特徴とする障害物検出方法である。ここで、テストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線であるか否かは、例えば、テストパタン撮影映像上を直線状に順次走査し、輝度の変化を検査することで判定できる。また、この検出方法においても上記と同様、縞模様のテストパタンを用いるのが望ましい。

上記何れの検出方法及び上記何れのプロジェクタにおいても、スクリーンに投影するテストパタンが、テストパタンを投影するための投射レンズと投影されたテストパタンを撮影する撮像素子とを結んだ直線と平行でない直線を有することが望ましい。投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に平行な直線のテストパタン場合、障害物が存在してもテストパタン撮影映像に変化がなく（障害物が無い場合と同じに写る）、障害物の存在を検出できないので望ましくない。投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に直交する直線のテストパタンが検出精度の上で最も望ましいテストパタンである。

また、上記何れの検出方法及び上記何れのプロジェクタにおいても、赤外線等の不可視光によりテストパタンを投影すると映像投影中でも常時障害物の有無を監視できるので安全対策上都合がよい。

本発明は、スクリーンに投影されたテストパタンを撮影し、このテストパタン撮影映像が、障害物があるときと無いときとで違いがあることを利用して障害物の有無を検出しているので、特殊なスクリーンを必要とせず、通常のスクリーンであっても、プロジェクタとスクリーンの間に障害物が侵入してきたことを確実に検出できる。また、障害物の位置が特定できるので、障害物が存在する部分に投射されている映像部分のみが局部的に輝度が低下、又は局部的に黒表示（暗転表示）され、その他の部分は輝度が高く明るい映像を投影でき、安全性に優れている。

本発明は、プロジェクタにテストパタン発生装置と撮像素子（ＣＣＤカメラ）を設け、スクリーンに投影したテストパタンを撮像素子で撮像して、障害物の存在によりテストパタンに変化が生じることを検出することで、プロジェクタとスクリーンの間に障害物が在ることを検出し、障害物を検出した部分に投射されている映像の輝度を下げる、または、黒にする、則ち、暗転表示にするものである。以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

図１に本実施例１のプロジェクタの概略図を示す。図１（ａ）は、プロジェクタの正面図、図１（ｂ）は、プロジェクタ内部を示す概略図である。また、図２にプロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物がない場合の状態を示す概略図（図２（ｃ））、及び、スクリーン１０に投影したテストパタン（図２（ａ））と撮像素子で撮影したテストパタン撮影映像（図２（ｂ））を示す。図３にはプロジェクタとスクリーン１０の間に障害物があった場合の状態を示す概略図（図３（ｃ））、及び、スクリーン１０に投影するテストパタン（図３（ａ）（テストパタン発生装置で生成されたテストパタン））と撮像素子で撮影したテストパタン撮影映像（図３（ｂ））を示す。ここで、スクリーンに投影するテストパタンは、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、投射レンズ２と撮像素子３とを結んだ直線に対して直交する直線を有する横縞模様のパタンを使用している。図４は、プロジェクタの動作を示すフローチャート図である。

プロジェクタ１の本体には、図１（ａ）に示すように、投射レンズ２と撮像素子３が設けられている。撮像素子３は投射レンズ２の上方に配置されている。この実施例１では、投射レンズ２は、テストパタンを投射するレンズも兼ねた構成とし、投射レンズ２から投射映像とテストパタンの双方が投射される。

図１（ｂ）に示すように、プロジェクタ本体のキャビネット内には、投射レンズ２と撮像素子３の他に、テストパタンを発生するテストパタン発生装置８と、映像の輝度を変化させる機能を有し、映像信号等の各種制御信号や駆動信号を発生・出力する液晶制御回路６と、液晶制御回路６の出力信号に基づいて投影のための映像を形成・表示し、光変調器として機能する液晶表示パネル４と、液晶表示パネル４を照明する白色光源５と、撮像素子３から撮影映像を取り込み、取り込んだ撮影映像を解析して障害物の有無を判定し、この判定結果に基づいて制御信号を液晶制御回路６に出力する撮影映像解析手段７と、テストパタンを投影用の映像と同一光路に導いて投影するための半透明鏡９とが設けられている。

テストパタン発生装置８は、テストパタンを発生し、投影できればどのような構成でもよいが、本実施例では、詳細は図示省略したが、テストパタンを表示する液晶表示パネルと、液晶表示パネル駆動回路と、液晶表示パネルを照明する光源とを有し、予め決められたパタンを発生する構成とした。予め決められたテストパタンは、液晶表示パネル駆動回路内、或いは、撮影映像解析手段７に記憶しておき、撮影映像解析手段７の指示に基づいて液晶表示パネル駆動回路が液晶表示パネルを駆動してテストパタンを発生させる。なお、テストパタン発生装置８で用いた液晶表示パネルや駆動回路等は、映像表示用の液晶表示パネル４や液晶制御回路６と同様のものを用いることができる。このテストパタン発生装置８と、半透明鏡９と、投射レンズ２とでテストパタン投射手段が構成される。

撮影映像解析手段７は、本実施例１では、マイクロコンピュータを用いたが、通常利用されている画像処理装置等を用いてもよい。

本実施例のプロジェクタは以下のように動作する。先ず、テストパタン発生装置８で形成された横縞模様のテストパタンＰ０（図２（ａ）、図３（ａ）に示すパタン）を、半透明鏡９及び投射レンズ２を介してスクリーン１０に投影する（図４、ステップＳ１）。この投影されたテストパタンＰ０を撮像素子３で撮像し、撮像したテストパタン（テストパタン撮影映像）の画像信号を撮影映像解析手段７に入力する（図４、ステップＳ２）。テストパタン撮影映像Ｐ１（図２（ｂ））、又はＰ２（図３（ｂ））が入力された撮影映像解析手段７は、後述する方法で、予め記憶してある基準のテストパタンＰ０（障害物がないときにスクリーンに投影されたテストパタンを撮影したテストパタン撮影映像、則ち、図２（ａ）に示すテストパタン）と撮像素子により撮像されたテストパタン撮影映像Ｐ１（図２（ｂ）のテストパタン）、Ｐ２（図３（ｂ）のパタン）とを比較し、その差違を判定する（図４、ステップＳ３）。差違がないと判定された場合は（撮像されたテストパタン撮影映像が図２（ｂ）の場合）、プロジェクタ本体１とスクリーン１０の間には障害物が無い場合（図２（ｃ）の状態）であるので、撮影映像解析手段７はテストパタン投影終了の信号をテストパタン発生装置８に出力すると共に、映像投影信号を液晶制御回路６に出力する。テストパタン発生装置８はテストパタンの投影を停止し（図４、ステップＳ４）、液晶制御回路６は、制御回路からの信号に基づいて、液晶表示パネル４を制御・駆動する。この結果、テストパタンの投影・表示が停止されて、明るさに加工が施されない通常の映像がスクリーンに投影される（図４、ステップＳ５）。差違があると判定された場合（テストパタン撮影映像が図３（ｂ）の場合）、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物がある場合（図３（ｃ）の状態）であるから、撮影映像解析手段７は、障害物１１がある画像範囲を算出し（図４、ステップＳ６）、障害物１１がある画像範囲の輝度を低下させるための制御信号を液晶制御回路６に出力すると共に、テストパタン投影終了の信号をテストパタン発生装置８に出力する。テストパタン発生装置８は、撮影映像解析手段７からの信号に基づいてテストパタンの発生を停止する（図４、ステップＳ７）。液晶制御回路６は、制御回路からの信号に基づいて、液晶表示パネル４の画素のうち、障害物がある画像範囲に該当する画素の透過率を低下させて映像を表示する（図４、Ｓ８）。この結果、スクリーン１０に投影された映像（図４、Ｓ９）は、障害物が検出された部分に投射されている映像部分の輝度が低下、または、黒表示（暗転表示）になり、その他の映像部分は高輝度で明るい映像になる。

本実施例は、可視光に替えて、赤外線などに代表される不可視光でテストパタンが投影された例である。このため、テストパタン発生装置８は実施例１と同様の構成に加えて、赤外線フィルタを備え、可視光線を遮断して赤外線のみが出力される構成になっている。この他は実施例１とほぼ同様の構成、動作である。実施例１と同じ部分は説明を省略し、相違する部分のみを以下に説明する。なお、図５に本実施例の動作の流れを示すフローチャート図を示す。

撮影映像解析手段７は、障害物１１の有無にかかわらず、テストパタン発生装置８にはテストパタン停止信号を出力しない。従って、実施例１では、テストパタンを投影して障害物１１の有無をチェックした後、スクリーン１０に映像を投影・表示していたが、本実施例２は、スクリーン１０にテストパタンを赤外光で投影・表示（図５、ステップＳ１）すると同時に、液晶表示パネル４で形成された可視光による映像も投影し、テストパタンと映像を重ねて投影・表示している。このため、撮像素子３は、撮影映像解析手段７が障害物１１の有無を判定した後でも撮像動作を中断せず、常時テストパタンを取り込んでその画像信号を撮影映像解析手段７に送出している（図５、ステップＳ２）。撮影映像解析手段７は、撮像素子３からの信号を常時取り込み、テストパタンの変化を監視し（図５、ステップＳ３）、その変化を感知すると、実施例１と同様に、障害物１１がある画像範囲を算出し（図５、ステップＳ６）、障害物１１がある画像範囲の輝度を低下させるための制御信号を液晶制御回路６に出力する。この後、液晶制御回路６が撮影映像解析手段７からの信号に基づいて、液晶表示パネル４の画素のうち、障害物１１がある画像範囲に該当する画素の透過率を低下させて映像を表示・投影する（図５、ステップＳ８、Ｓ９）。この結果、障害物がある部分の映像は低輝度で薄暗く、その他の映像部分は高輝度で明るい映像がスクリーンに投影される。

このように、本実施例２は、映像投影中に映像に重ねて赤外線で投影したテストパタンを常時監視しているため、映像投影中に障害物１１が移動したとき、その移動に応じて映像の輝度低下領域を瞬時に変更することができる。

上記何れの実施例でも、映像投影用の投射レンズをテストパタン投影用に兼用して用いたが、テストパタン投影用の投射レンズを別途設けてこのテストパタン専用の投射レンズとテストパタン発生装置とでテストパタン投射手段を構成してもよい。

また、上記何れの実施例も、映像解析手段７は、障害物１１の有無を判定する（図４、図５のステップＳ３）ようにしたが、後述する実施例４、５のように、障害物１１の有無の判定動作をしないで、テストパタンの相違を算出した後、その結果に基づいて障害物１１の位置、大きさを算出し、この結果に基づいて映像の輝度を変化させるようにしてもよい。この場合、障害物１１がない場合、障害物１１の位置、大きさはゼロとなり、この結果に基づいて液晶制御回路が輝度を低下させて駆動する画素はゼロとなるので、実質的に障害物１１の有無を判定する動作をした場合（図４、図５のステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５の一連の動作）と同じになる。

本実施例３は、実施例１、２で設けたテストパタン発生装置７を設けないで、映像投影用の液晶表示パネル４が映像形成に加えてテストパタンも形成する構成とし、投射レンズ２と液晶表示パネル４、液晶制御回路６、光源５で構成される映像投影手段がテストパタン投射手段を兼ねた構成になっている。従って、この実施例では図１（ｂ）に示した半透明鏡９は不要となる。

この実施例３では、撮影映像解析手段７は、液晶制御回路６にテストパタン発生・停止を指示する信号と映像を表示する信号を出力する。液晶制御回路６は、撮影映像解析手段７の信号に基づいて、液晶表示パネル４を制御・駆動する。液晶表示パネル４は、液晶制御回路６の信号に従ってテストパタン発生・停止、及び、映像の表示を行う。なお、撮像素子３が行うテストパタン撮像動作や撮影映像解析手段７が行う判定動作、則ち、テストパタンの取り込み、障害物１１の有無の判定等の動作は実施例１と同じであるので説明は省略する。

上記何れの実施例も、光変調器に液晶表示パネルを用いたが、微小可動ミラーをマトリクス状に配置した、所謂、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス（テキサスインスツルメント社の登録商標））等、液晶表示パネル以外のものを光変調器として用いてもよい。

撮像素子３により撮像して取り込んだテストパタン撮影映像と基準のテストパタンとの相違を検出する方法、並びに、その後の映像解析手段７における画像処理工程を、図７を参考にして、以下説明する。ここで、図７（ａ）は、撮影映像と基準のテストパタンとの相違を検出するフローチャート図（相違検出後の撮影映像解析手段７における画像処理工程も含む）、図７（ｂ）〜（ｅ）は、図７（ａ）のフローチャート図における、各ステップでの処理された又は処理する画像を示す図である。

図２（ｃ）は、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１がない場合の状態を示す図である。スクリーン１０に投影するテストパタンＰ０は、投射レンズ２と撮像素子３とを結んだ直線に対して直角に交わるような直線を使用する。則ち、図２（ａ）、図３（ａ）に示すような横縞模様のテストパタンを使用する。このとき、撮像素子３に撮影されたテストパタンの映像は図２（ｂ）に示すテストパタン撮影映像Ｐ１のように単なる直線となる。則ち、予め記憶してある基準のテストパタンＰ０と同じ像になる。ここで、基準のテストパタンは、障害物がない状態でスクリーンに投影されたテストパタンを撮影したもの（テストパタン撮影映像）を基準のテストパタンとして用いた。障害物がない状態でスクリーンに投影されたテストパタンを撮影したテストパタン撮影映像は、スクリーンの歪み等の状態も反映されているので、テストパタン投射手段で投射するために形成された投射前のものよりも基準のテストパタンとして優っている。

図３（ｃ）に示すように、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１があった場合、撮影されたテストパタンの撮影映像は図３（ｂ）に示したテストパタン撮影映像Ｐ２のように、障害物上の直線がスクリーン上の直線とずれて撮影された像となる。これは投射レンズ２と撮像素子３が上下にずれて配置されている為に発生する現象である。

従って、テストパタン撮影映像Ｐ１、Ｐ２上で直線が破綻している部分の有無を検出することで、撮像素子により撮像されたテストパタン撮影映像と基準のテストパタンの相違が検出でき、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が在るか無いかを検出できる。また、障害物１１があると判定された場合、破綻箇所の位置から障害物の位置も検出できる。なお、実施例の図では簡単の為に１画面中に５ラインしか描かれていないが、実際には１画面中に数十本の水平線を表示することで水平線間の隙間から生ずる誤差は問題ないレベルとなる。

テストパタン撮影映像Ｐ１、Ｐ２上で直線が破綻している部分を検出するには、図６に示すような、画像の演算操作を行い、差分映像を抽出する。ここで、図６は、画像の演算操作の概念図で、画像Ｐ０から画像Ｐ１、又は画像Ｐ２を引き算した結果が画像Ｐ１０、Ｐ２０であることを示している。図６（ａ）は、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が無い場合、図６（ｂ）は、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が在る場合である。

撮影映像解析手段７は、撮像素子３で撮影されたテストパタン撮影映像Ｐ１、Ｐ２（図７（ｂ））を取り込んだ後（図７（ａ）、ステップＳ１１）、図６に示すように、予め記憶してある基準のテストパタンＰ０とテストパタン撮影映像Ｐ１、Ｐ２の差分を取り、その後白黒２値化する。この差分の演算操作は、先ず、１画素ずつ基準のテストパタンＰ０から撮影映像Ｐ１、Ｐ２の輝度を引き算する。引き算の結果がマイナスの場合はゼロとする。この演算操作を全ての画素について行う。その後、引き算して得られた映像を白黒２値化して検出映像Ｐ１０、Ｐ２０（図６（ａ）、（ｂ）、図７（ｃ））を得る（図７（ａ）、ステップＳ１２）。この後、この検出映像Ｐ１０、Ｐ２０の輝度を調べる（図７（ａ）、ステップＳ１３）。図６から分るように、検出映像の輝度が一様である場合（図６（ａ））、テストパタン撮影映像Ｐ１は基準のテストパタンＰ０と同一である、則ち、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が無いと判定できる。輝度が一様でない場合（図６（ｂ））、テストパタン撮影映像Ｐ２は基準のテストパタンＰ０と相違する、則ち、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が有ると判定でき、撮像して取り込んだテストパタン撮影映像と基準のテストパタンとの違いが検出できる。

テストパタン撮影映像と基準のテストパタンの相違を検出した後は、検出映像の輝度情報から障害物のスクリーン上の座標位置を算出して、その結果から障害物の範囲を算出し、その範囲に対応する、液晶表示パネル４上の画素を算出する（図７（ａ）、ステップＳ１４）。この算出結果の概念を図７（ｄ）に示す。ステップＳ１４の算出結果に基づき、液晶制御回路６を介して、障害物が在る範囲に対応する液晶表示パネル４上の画素の輝度を低下する。この結果、図７（ｅ）に示すような、障害物のある部分の輝度が低下又は黒表示され、その他の部分が高輝度で明るい映像が生成・投影される（図７（ａ）、ステップＳ１５）。

撮像素子により撮像して取り込んだテストパタン撮影映像と基準のテストパタンとの相違を検出するもう一つの方法を説明する。

図８は、本実施例の検出方法を説明するためのテストパタン撮影映像である。ここでは、説明を分かり易くするため、スクリーン１０とプロジェクタ１の間に障害物１１があった場合のテストパタン撮影映像Ｐ２０を用いた（図３参照）。

スクリーンが平面の場合は、先ず、撮影映像内の仮想直線の両端（図８、Ａ点とＢ点）を設定し、設定した２点を結ぶ直線上の輝度をＡ点からＢ点まで順に測定していく。この操作を、撮影映像の上端から下端まで、全ての領域について行う。障害物がない場合は、図２に示すように、平面に対して直線を投射しても直線のままであるため、Ａ点からＢ点までの間に、激しい輝度の変化は起きない。則ち、Ａ点からＢ点までは輝度の変化がなく、輝度は一定である。しかし、障害物があった場合、撮影映像は図３（ｂ）に示したテストパタン撮影映像Ｐ２のように、障害物上の直線がスクリーン上の直線とずれて撮影された像となるため、図８に示すように、Ａ点からＢ点までの間に輝度が変化する異常点Ｃ、Ｄが存在する。従って、Ａ点からＢ点までの間に輝度が変化した点が存在したとき、障害物が存在することになる。このように、テストパタン撮影映像上を直線状に順次走査し、輝度の変化を検出することで障害物の存在を検出できる。この実施例５の方法は、実施例４と異なり、基準のテストパタンからテストパタン撮影映像を引き算する演算が無い分、検出のための演算操作が簡単になる。

上記何れの実施例においても、テストパタンは、投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に直交する直線を有する横縞模様のテストパタンを使用したが、スクリーン上に投影された直線と障害物上に投影された直線がずれて撮影される模様であれば、障害物の有無が検出できるのでどのようなテストパタン、例えば、縞模様の直線が水平ではなく、斜めに傾いている縞模様（縞模様を形成する直線が、投射レンズと撮像素子を結ぶ線に直交していない縞模様）のテストパタンでもよい。上記実施例１〜５では、縦縞模様のテストパタンは、縞模様の直線が投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に平行となるため、スクリーン上の直線と障害物上の直線がずれて撮影されないから、障害物の有無を検出できないので望ましくない。

従って、上記実施例１〜５と異なり、投射レンズの横に撮像素子を配置したときは、縞模様を形成する直線が、投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に直交する縦縞模様のテストバタンを使う。この場合、横縞模様のテストパタンは、縞模様の直線が投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に平行な直線の模様となるため、スクリーン上の直線と障害物上の直線がずれて撮影されず、障害物有無を検出できないので望ましくない。縞模様の直線が、投射レンズと撮像素子を結ぶ直線に平行でなければどのような縞模様のテストパタンでもよい。

上記何れの実施例も、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が検出されたとき、障害物１１がある領域に該当する映像部分のみの輝度を低下させて投影したが、従来と同様に、プロジェクタ１とスクリーン１０の間に障害物１１が検出されたとき、投影映像全体の輝度を下げて映像を投影、或いは、投影を中断する等の構成としてもよい。

本発明は、プロジェクタとスクリーンの間にある障害物を確実に検出し、投射範囲内の障害物部分に投射されている映像部分のみの輝度を下げて（または、黒表示にして）、映像を投射でき、プロジェクタ前方にいる人の目を保護する安全対策が施されて、プロジェクタの安全性を高めるのに利用できる。

本発明のプロジェクタの概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は内部を示す概略図である。 プロジェクタとスクリーンの間に障害物が無い場合の概念を示す図で、（ａ）は基準のテストパタンの図、（ｂ）は撮影されたテストパタンの図、（ｃ）は投影状態の様子を示す図である。 プロジェクタとスクリーンの間に障害物が有る場合の概念を示す図で、（ａ）は基準のテストパタンの図、（ｂ）は撮影されたテストパタンの図、（ｃ）は投影状態の様子を示す図である。 プロジェクタの動作を示すフローチャート図である。 プロジェクタの動作を示すフローチャート図である。 画像の演算操作の概念図で、（ａ）は、プロジェクタとスクリーンの間に障害物が無い場合の図、（ｂ）は、障害物が有る場合の図である。 障害物の有無を検出する方法を説明するための図で、（ａ）は、検出方法を示すフローチャート図、（ｂ）〜（ｅ）は、フローチャートの各ステップでの処理画像を示す図である。 障害物の有無を検出する方法を説明するための撮影映像の図である。 従来のプロジェクタを示す図である。 従来のプロジェクタを示す図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ 投射レンズ
３ 撮像素子
４ 液晶表示パネル
５ 光源
６ 液晶制御回路
７ 撮影映像解析手段
８ テストパタン発生装置
９ 半透明鏡
１０ スクリーン
１１ 障害物
２１ シャッター
２２ シャッター駆動回路
２３ 物体検出センサー
２６ 映像信号処理回路
２７ 制御回路
３０ 反射部材
３２ 光源駆動用電源回路
３３ 液晶表示パネル
３４ 液晶駆動回路
３６ 制御回路
３７ 受光素子
３８ 発光素子

Claims (16)

1. 光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、前記テストパタン投射手段によりスクリーンに投影されたテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像を、前記撮影映像解析手段にて、予め記憶してある基準のテストパタンと比較し、その相違の有無によりプロジェクタの映像投射範囲内にある障害物を検出することを特徴とするプロジェクタ。
2. 光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と、投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、前記テストパタン投射手段によりスクリーンに投影されたテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像を、前記撮影映像解析手段にて、予め記憶してある基準のテストパタンと比較し、その相違の有無によりプロジェクタの映像投射範囲内にある障害物を検出し、前記輝度を下げる手段により投射映像内の障害物が在る範囲に該当する映像のみの輝度を低下又は黒表示にして映像をスクリーンに投影することを特徴とするプロジェクタ。
3. テストパタン撮影映像と基準のテストパタンの差分を抽出し、この抽出により得られた検出映像の輝度の一様性の有無により映像投射範囲内に障害物があるか否かを検出することを特徴とする請求項１又は２記載のプロジェクタ。
4. テストパタンとして複数の直線から成るテストパタンを用いたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプロジェクタ。
5. 光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を下げる制御手段とを有し、前記テストパタン投射手段によりスクリーンに投影された複数の直線から成るテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線あるか否かを検出することにより、プロジェクタの映像投射範囲内の障害物の有無を検出することを特徴とするプロジェクタ。
6. 光源から出射した光を光変調器にて空間変調して光学画像を形成し、この光学画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投影するプロジェクタにおいて、スクリーン上にテストパタンを投影するテストパタン投射手段と、スクリーンに投影された映像を撮影する撮像素子と、撮像素子にて撮影された撮影映像を解析する撮影映像解析手段と投射映像内の任意の範囲の映像の輝度を変化させる手段とを有し、前記テストパタン投射手段によりスクリーンに投影された複数の直線から成るテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像内に現れるテストパタンが直線あるか否かを検出することにより、プロジェクタの映像投射範囲内の障害物の有無を検出し、前記輝度を下げる手段により投射映像内の障害物が存在する範囲に該当する映像のみの輝度を低下又は黒表示にして映像をスクリーンに投影することを特徴とするプロジェクタ。
7. 撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像上を直線状に順次走査し、輝度の変化を検出することで障害物の存在を検出することを特徴とする請求項５又は６記載のプロジェクタ。
8. スクリーンに投影するテストパタンが、投射レンズと撮像素子と結んだ直線と平行でない直線を有することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のプロジェクタ。
9. 不可視光によりテストパタンを投影したことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のプロジェクタ。
10. スクリーン上にテストパタンを投影し、前記投影されたテストパタンを撮影して得られたテストパタン撮影映像を、基準のテストパタンと比較し、その相違の有無により映像投射範囲内に障害物があるか否かを検出することを特徴とする障害物検出方法。
11. テストパタン撮影映像と基準のテストパタンとの差分を抽出して得られた検出映像の輝度の一様性の有無により映像投射範囲内に障害物があるか否かを検出することを特徴とする請求項１０記載の障害物検出方法。
12. テストパタンとして複数の直線から成るテストパタンを用いたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の障害物検出方法。
13. 複数の直線から成るテストパタンをスクリーン上に投影し、前記投影されたテストパタンを撮像素子にて撮影して得られたテストパタン撮影映像内に現れるテストパタン像が直線あるか否かを検出することにより、映像投射範囲内の障害物の有無を検出することを特徴とする障害物検出方法。
14. 撮影映像上を直線状に順次走査し、輝度の変化を検出することで障害物の存在を検出することを特徴とする請求項１３記載の障害物検出方法。
15. スクリーンに投影するテストパタンが、テストパタンを投影するための投射レンズと投影されたテストパタンを撮影する撮像素子とを結んだ直線と平行でない直線を有することを特徴とする請求項１０〜１４の何れかに記載の障害物検出方法。
16. テストパタンが不可視光により投影されたことを特徴とする請求項１０〜１５の何れかに記載の障害物検出方法。
    

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