JP2007094036A - 投影装置、投影方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】傾いて設置されたスクリーンに投影する場合でも、装置単体で台形補正を完全に自動化する。
【解決手段】入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影するマイクロミラー素子３６、投影レンズ12を含む投影系と、一定の距離をあけて配置され、共に上記投影系で投影した画像を撮像する、第１の撮像レンズ13とＣＣＤ49、第２の撮像レンズ14とＣＣＤ50を含む一対の撮像系と、これら一対の撮像系で撮像した画像の位相差から被投影面までの距離及び角度を算出し、得た被投影面までの距離及び角度により投影系で投影する画像を台形補正させる制御部43とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、台形補正機能を有するプロジェクタ装置等に好適な投影装置、投影方法及びプログラムに関する。

従来より、プロジェクタ装置とスクリーンとが正対していない状態でも、投影される画像が正しいアスペクト比の矩形となるように補正する、台形補正と称される機能を搭載したプロジェクタ装置が種々製品化されている。

また、例えばプロジェクタ装置の角度を検知し、且つスクリーンの角度の情報をオフセット値として設定することで、自動的に映像の水平、垂直の方向の台形歪を補正するべく、角度オフセット設定回路にスクリーンの傾斜角度を設定し、減算回路で角度センサ回路で検出した角度からスクリーンの傾斜角度を減算した差角度を制御回路を介して台形補正演算回路に送り、該差角度で台形補正を行なうことで、スクリーンが傾斜していてもプロジェクタ装置の角度の変化に対し、自動的に台形歪のない映像を得る要にした技術が考えられている。（例えば、特許文献１）
特開２００１−３３９６７１号公報

しかしながら、上記特許文献の技術は、予め得ているスクリーンの傾きの角度をオフセット値として設定するか、あるいはスクリーンにスクリーンの角度を検出するスクリーン角度センサ回路を設け、ケーブルまたはワイヤレスで検出したスクリーンの傾きの角度情報をプロジェクタ装置に送る必要がある。

したがって、プロジェクタ装置単体のみで、且つ何らユーザの設定操作等の必要なしに傾いたスクリーンに対して正確な台形補正処理を実行し、台形歪のない画像を投影することはできなかった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、傾いて設置されたスクリーンに投影する場合であっても、装置単体で台形補正を完全に自動化することが可能な投影装置、投影方法及びプログラムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影する投影手段と、一定の距離をあけて配置され、共に上記投影手段で投影した画像を撮像する一対のエリア撮像手段と、これら一対のエリア撮像手段で撮像した画像の位相差から上記被投影面までの距離及び角度を算出する算出手段と、この算出手段で得た上記被投影面までの距離及び角度により上記投影手段で投影する画像を台形補正させる投影制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記算出手段は、上記投影画像中の３箇所以上の点位置までの距離及び角度を最小二乗法により平面を決定して算出することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記投影手段は投影画角を可変するズーム機能を有し、上記算出手段は、上記投影手段の投影画角に応じて位相差を検出する位置を可変することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記算出手段は、上記投影画像中の矩形の被投影面の四隅の点位置までの距離を測定することで角度を算出することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、上記請求項４記載の発明において、上記投影手段は、矩形の画像の四隅に所定のパターンを配したチャート画像を投影し、上記算出手段は、上記一対のエリア撮像手段により得たチャート画像の四隅の所定のパターンの位置までの距離を測定することで角度を算出することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記投影手段は、上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向に直交する方向の白黒の縞模様が等間隔に配列されたチャート画像を投影することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、上記請求項６記載の発明において、上記投影手段は、上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向に直交する方向の白黒の縞模様が連続したチャート画像の投影に先立って、より大まかなパターンの他のチャート画像を投影し、上記一対のエリア撮像手段は上記投影手段により投影される２つのチャート画像を連続して撮像し、上記算出手段は、上記他のチャート画像の撮像に応じて上記被投影面までの大まかな距離及び角度を算出した後、上記縞模様のチャート画像の撮像に応じてより正確な距離及び角度を算出することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、上記請求項７記載の発明において、上記投影手段は、上記他のチャート画像として上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向に平行する方向の明暗パターンの境界線を含むチャート画像を投影することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、上記請求項６記載の発明において、上記投影手段は、投影画角を可変するズーム機能を有し、投影画角によって上記チャート画像の縞模様の間隔を変えて投影することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記エリア撮像手段は、上記被投影面までの距離に応じて撮像条件を可変し、撮像する画像の明るさが一定となるように維持することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記算出手段は、撮像画像中の複数の方向からそれぞれ距離値を算出し、その平均値により距離値を得ることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記算出手段は、上記被投影面の曲面形状も算出し、上記投影制御手段は、算出した曲面形状により上記投影手段で投影する画像を台形補正させることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、上記請求項１２記載の発明において、上記算出手段は、上記算出した曲面形状から上記被投影面の近似平面を求め、上記投影制御手段は、上記算出手段で求めた近似平面の法線方向から見た場合に最適化した台形補正を行なうことを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、請求項１２記載の発明において、被投影面に対する方向を指示する指示手段をさらに具備し、上記算出手段は、上記算出した曲面形状から上記被投影面の近似平面を求め、上記投影制御手段は、上記算出手段で求めた近似平面に対し、上記指示手段で指示した方向から見た場合に最適化した台形補正を行なうことを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記算出手段が上記位相差から距離を算出する変換式は、
１／ｄ＝Ａａ＋Ｂ …(1)
（但し、ｄ：撮像素子から被投影面までの距離、
ａ：一対の撮像手段の位相差、
Ａ，Ｂ：エリア撮像手段の構造に基づく個体差を有する定数。）
であり、上記算出手段は、上記式（１）中の定数Ａ，Ｂを工場出荷前に予め測定して記憶しておくことを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、上記請求項１５記載の発明において、上記算出手段は、上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向を基準として複数の方向に対応した複数組の上記定数Ａ，Ｂを予め測定して記憶し、上記複数の方向のうちの１方向を測定した際にその方向に対応した上記定数Ａ，Ｂを読出して位相差から距離を算出することを特徴とする。

請求項１７記載の発明は、上記請求項１６記載の発明において、上記算出手段は、上記複数の方向以外の方向を測定した際に、その方向に対応して上記複数の方向からの補間処理により該当する上記定数Ａ，Ｂを算出し、算出した定数Ａ，Ｂにより位相差、距離を算出することを特徴とする。

請求項１８記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記一対のエリア撮像手段は、上記投影手段を挟んで装置筐体前面の両端に離して配置することを特徴とする。

請求項１９記載の発明は、入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影する投影部、及び一定の距離をあけて配置され、共に上記投影部で投影した画像を撮像する一対のエリア撮像部を備えた投影装置での投影方法であって、上記一対のエリア撮像部で撮像した画像の位相差から上記被投影面までの距離及び角度を算出する算出工程と、この算出工程で得た上記被投影面までの距離及び角度により上記投影部で投影する画像を台形補正させる投影制御工程とを有したことを特徴とする。

請求項２０記載の発明は、入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影する投影部、及び一定の距離をあけて配置され、共に上記投影部で投影した画像を撮像する一対のエリア撮像部を備えた投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、上記一対のエリア撮像部で撮像した画像の位相差から上記被投影面までの距離及び角度を算出する算出ステップと、この算出ステップで得た上記被投影面までの距離及び角度により上記投影部で投影する画像を台形補正させる投影制御ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、投影対象としてのスクリーンを選択せず、装置単体で台形補正を完全に自動化できるばかりでなく、被投影面を含む範囲を画像として得ることで、画像処理技術により装置の他の制御動作、例えば投影画像の調整等にも対応できる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、スクリーンが平面である場合に迅速且つ正確にプロジェクタ装置とスクリーンとの相対位置関係を把握できる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、その時点での投影画角を勘案して適正な範囲の距離と角度とを算出し、台形補正の精度をより向上できる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、その時点での投影範囲を正確に把握して台形補正の精度をより向上できる。

請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の効果に加えて、矩形の投影画像の四隅までの距離をより確実に測定することができ、一層台形補正の精度をより向上できる。

請求項６記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、一対のエリア撮像手段の配置方向を考慮したコントラストの高いチャート画像により、位相差の検出精度を上げることで、台形補正の精度をより向上できる。

請求項７記載の発明によれば、上記請求項６記載の発明の効果に加えて、白黒の縞模様が連続したチャート画像による偽合焦を未然に防ぎ、確実に台形補正を実行できる。

請求項８記載の発明によれば、上記請求項７記載の発明の効果に加えて、一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向と直交する方向のずれも考慮し、位相差の検出精度をさらに上げることで、台形補正の精度をより向上できる。

請求項９記載の発明によれば、上記請求項６記載の発明の効果に加えて、その時点での投影画角に対応して最適な精度での位相差検出を行ない、台形補正の精度をより向上できる。

請求項１０記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、投影画像の明るさを一定に維持することで位相差の検出精度を安定化し、常に一定の台形補正の精度が得られるようにできる。

請求項１１記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明によれば、位相差の検出精度をさらに上げ、台形補正の精度をより向上できる。

請求項１２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、スクリーンの被投影面が曲面形状をしている場合でもこれに対処し、その曲面形状に適した台形補正を実行してより見易い画像を投影できる。

請求項１３記載の発明によれば、上記請求項１２記載の発明の効果に加えて、より自然で見易い画像を投影することができる。

請求項１４記載の発明によれば、上記請求項１２記載の発明の効果に加えて、ユーザがスクリーンに正対していない場合でも、当該ユーザにとってより自然で見易い画像を投影することができる。

請求項１５記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、装置の個体差を含む定数を予め工場出荷前に記憶しているため、簡単な演算式で被投影面までの距離を正確に算出することができ、より簡易に正確な台形補正を実行できる。

請求項１６記載の発明によれば、上記請求項１５記載の発明の効果に加えて、スクリーンの被投影面上の複数に方向に対応して、簡単な演算式で被投影面までの距離を正確に算出することができるため、より多くの設置環境に適応して正確な台形補正を実行できる。

請求項１７記載の発明によれば、上記請求項１６記載の発明の効果に加えて、スクリーンの被投影面上の予め設定された複数の方向以外の方向で位相差を検出する場合でも、補間処理により簡単な演算で被投影面までの距離を正確に算出することができ、どのような設置環境やチャート画像等にも適応して正確な台形補正を実行できる。

請求項１８記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、一対のエリア撮像手段を投影手段を挟んで装置筐体前面の両端に離して配置するため、より高い精度で位相差を検出することができ、正確な台形補正を実行できる。

請求項１９記載の発明によれば、投影対象としてのスクリーンを選択せず、装置単体で台形補正を完全に自動化できるばかりでなく、被投影面を含む範囲を画像として得ることで、画像処理技術により装置の他の制御動作、例えば投影画像の調整等にも対応できる。

請求項２０記載の発明によれば、投影対象としてのスクリーンを選択せず、装置単体で台形補正を完全に自動化できるばかりでなく、被投影面を含む範囲を画像として得ることで、画像処理技術により装置の他の制御動作、例えば投影画像の調整等にも対応できる。

以下本発明をＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のプロジェクタ装置に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１は、同実施の形態に係るプロジェクタ装置１０の外観構成を示すもので、図１（Ａ）は主として筐体前面及び上面の、図１（Ｂ）は筐体背面及び下面のそれぞれ配置構成を示す。

図１（Ａ）に示すように、略直方体状の本体ケーシング１１の前面に、投影レンズ１２、第１の撮像レンズ１３、第２の撮像レンズ１４、及びＩｒ受光部１５が配設される。

投影レンズ１２は、後述するマイクロミラー素子等の空間的光変調素子で形成された光像をスクリーン等の対象に投影するためのものであり、ここでは合焦位置及びズーム位置（投影画角）を任意に可変できるものとする。

第１及び第２の撮像レンズ１３，１４は、この本体ケーシング１１の前面両端に配置されるもので、それらの撮像光軸は上記投影レンズ１２による投影光軸と同様に、本体ケーシング１１前面と垂直となり、且つ互いに平行となるように、工場出荷前に機械的に微調整されているものとする。

加えて、第１及び第２の撮像レンズ１３，１４は同一の単焦点で固定された撮像画角を有し、それらの撮像範囲は共に上記投影レンズ１２の投影画角を最大に設定した状態で投影される画像を共に含むように設定されているものとする。

Ｉｒ受光部１５は、図示しないこのプロジェクタ装置１０のリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光（Ｉｒ）信号を受信する。

また、本体ケーシング１１の上面には、キースイッチ部１６及びスピーカ１７が配設される。

キースイッチ部１６は、例えば電源キー、ＡＦ／ＡＫ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｏｃｕｓ／Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｋｅｙｓｔｏｎｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：自動合焦／自動台形補正）キー、ズームアップ／ダウンキー、信号選択キー、ボリュームアップ／ダウンキー、カーソルキー等からなる。

スピーカ１７は、入力された音声信号及び動作時のビープ音等を拡声放音する。

また、図１（Ｂ）に示すように本体ケーシング１１の背面には、入出力コネクタ部１８、Ｉｒ受光部１９、及びＡＣアダプタ接続部２０が配設される。
入出力コネクタ部１８は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置との接続のためのＵＳＢ端子、映像入力用のミニＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、及びＲＣＡ端子と、音声入力用のステレオミニ端子等からなる。

Ｉｒ受光部１９は、上記Ｉｒ受光部１５と同様に、図示しないリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光（Ｉｒ）信号を受信する。
ＡＣアダプタ接続部２０は、電源となる図示しないＡＣアダプタからのＡＣケーブルを接続する。

さらに、本体ケーシング１１の下面には、後端側両端に２本、前端側中央に１本、計３本のそれぞれ高さ調節が可能な調整脚部２１ａ〜２１ｃが取り付けられる。

なお、上記図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す如く、本体ケーシング１１の左側面、右側面、及び底面にはそれぞれ複数の通気口１１ａ,１１ｂ,１１ｃが形成されており、内部に形成されたここでは図示しない複数の冷却ファンの動作により吸気口あるいは排気口として機能する。

次に図２により上記プロジェクタ装置１０の電子回路の機能構成について説明する。
図中、入出力コネクタ部１８より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）３１、システムバスＳＢを介して画像変換部３２で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に、投影エンコーダ３３へ送られる。

投影エンコーダ３３は、送られてきた画像信号をビデオＲＡＭ３４に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ３４の記憶内容からビデオ信号を生成して投影駆動部３５に出力する。

この投影駆動部３５は、送られてきた画像信号に対応して適宜フレームレート、例えば例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動で空間的光変調素子（ＳＯＭ）である例えばマイクロミラー素子３６を表示駆動する。

このマイクロミラー素子３６に対して、リフレクタ３７内に配置された高圧水銀灯でなる光源ランプ３８が出射する高輝度の白色光を、カラーホイール３９を介して適宜原色に着色した後にミラー４０を介して照射することで、その反射光で光像が形成され、上記投影レンズ１２を介してここでは図示しないスクリーンに投影表示される。

しかるに、光源ランプ３８の点灯駆動と、カラーホイール３９を回転駆動するモータ（Ｍ）４１の回転駆動とをいずれも投影光処理部４２が実行する。

上記各回路のすべての動作制御を司るのが制御部４３である。この制御部４３は、ＣＰＵと、後述する投影動作、撮像動作の処理を含む該ＣＰＵで実行される動作プログラムや上記第１及び第２の撮像レンズ１３,１４の個体差に応じた定数値等を記憶した不揮発性メモリ、及びワークメモリ等により構成される。

この制御部４３にはまた、システムバスＳＢを介して第１のプロセス回路４４、第２のプロセス回路４５、ファン駆動部４６、画像記録部４７、及び音声処理部４８が接続される。

第１のプロセス回路４４は、上記第１の撮像レンズ１３の撮像光軸後方にあって第１の撮像レンズ１３で結像される光像を光電変換する、エリア撮像素子としてのＣＣＤ４９の出力を受け、このＣＣＤ４９からのアナログ値の画像信号をデジタル化し、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理を実施した上でデジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成し、システムバスＳＢを介して上記画像変換部３２に出力する。

画像変換部３２は、輝度及び色差信号をＡＤＣＴ、ハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮し、得た画像データを、このプロジェクタ装置１０の記録媒体として装着される画像記録部４７に書込む。画像記録部４７は、例えばフラッシュメモリ等でなり、撮像により得た画像データを記憶する。

同様に、第２のプロセス回路４５は、上記第２の撮像レンズ１４の撮像光軸後方にあって第２の撮像レンズ１４で結像される光像を光電変換する、エリア撮像素子としてのＣＣＤ５０の出力を受け、このＣＣＤ５０からのアナログ値の画像信号をデジタル化し、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理を実施した上でデジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成し、システムバスＳＢを介して上記画像変換部３２に出力する。

画像変換部３２は、同じく輝度及び色差信号をＡＤＣＴ、ハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮し、得た画像データを、このプロジェクタ装置１０の記録媒体として装着される画像記録部４７に、上記第１の撮像レンズ１３を用いて撮像された画像データと対にして書込む。

ファン駆動部４６は、この本体ケーシング１１内に設置され、上記光源ランプ３８を含む筐体内を冷却するためのファンモータ（Ｍ）５１，５１，‥‥を回転駆動する。

音声処理部４８は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、上記スピーカ１７を駆動して拡声放音し、あるいは必要によりビープ音を発生させる。

なお、上記キースイッチ部１６における各キー操作信号が直接制御部４３に入力されると共に、上記Ｉｒ受光部１５，１９からの信号も直接入力される。

次に上記実施との形態の動作について説明する。
図３は、キースイッチ部１６のＡＦ／ＡＫキーの操作に対応した自動合焦／自動台形補正の処理内容を示すもので、その制御動作はすべて上記制御部４３が内部の不揮発性メモリに記憶した動作プログラム等に基づいて実行する。

その当初には、キースイッチ部１６からのキー操作信号によりＡＦ／ＡＫキーが操作されたか否かを繰返し判断することで、ＡＦ／ＡＫキーの操作があるのを待機する（ステップＳ０１）。

ここで、ＡＦ／ＡＫキーが操作されるとステップＳ０１でこれを判断し、直ちに制御部４３内部の不揮発性メモリに記憶しているチャート画像の画像データを読出して投影エンコーダ３３へ送出し、マイクロミラー素子３６の全表示領域を用いて当該チャート画像を投影レンズ１２により図示しないスクリーンの被投影面に投影させる（ステップＳ０２）。

図４は、このとき投影されるチャート画像を例示するものである。ここでは、第１の撮像レンズ１３と第２の撮像レンズ１４を結ぶ配置方向に沿って明暗パターンが連続するように、一定の間隔をあけて縦方向の白い帯が例えば２４本配列された縦縞模様のものを用いる。同図中の白い部分は、上記マイクロミラー素子３６で光源ランプ３８からの光が１００％投影レンズ１２側へ反射され、カラーホイール３９を構成する各原色フィルタの色成分共にフル階調となって投影されることで、混色により白く投影されている部分である。

また、黒い部分は、上記マイクロミラー素子３６で光源ランプ３８からの光が１００％投影レンズ１２以外の位置へ反射され、カラーホイール３９を構成する各原色フィルタの色成分が共に「０（ゼロ）」となることで、一切投影光が照射されていない部分である。

このようなチャート画像を投影するに当たって、同時に第１の撮像レンズ１３、第２の撮像レンズ１４を用いる２系統の撮像系では、共に当該チャート画像を連続的に撮像するモニタリング状態となっており、得た画像データを画像記録部４７に記録することはしないまでも、画像データ中の空間周波数成分の特に高周波成分を抽出して数値化し、制御部４３へ出力する。

制御部４３は、この高周波成分値が増えるように投影レンズ１２中の図示しないフォーカスレンズを投影光軸に沿って前後に移動させるもので、高周波成分値が最大となるフォーカスレンズの位置が最もコントラストが高く、すなわち投影画像が合焦した状態となる。

この場合、上述した如く投影されているチャート画像は縦縞模様であり、明暗の区分がはっきりとした輪郭部分を多く含むものであるので、空間周波数成分中の高周波成分を抽出するのに適したものとなっている。

こうしてチャート画像を投影対象となるスクリーンの被投影面に合焦して投影した状態で、あらためて第１の撮像レンズ１３、第２の撮像レンズ１４を用いる２系統の撮像系によりそれぞれ投影されたチャート画像を撮像する（ステップＳ０３）。

撮像により得た画像データが一旦画像記録部４７に保持された後、上記チャート画像の投影を停止する（ステップＳ０４）。

その後、画像記録部４７に保持した２枚の画像データにより被投影面までの位相差を算出する（ステップＳ０５）。
すなわち、２枚の画像データは、上述した如く撮像光軸が略平行となるように事前に調整されている第１の撮像レンズ１３と第２の撮像レンズ１４の取付け位置の視差によって、画像の内容にずれを生じるものであり、このずれ量（位相差）を測定することによって被投影面までの各方向の距離を算出することができるものである。

図５は、スクリーンの被投影面ＳＣ上の１点Ｐに対する２系統の撮影系での位相差を説明するためのものである。同図で、点Ｐから第１及び第２の撮像レンズ１３，１４までの距離をｄ、第１の撮像レンズ１３とＣＣＤ４９との距離、及び第２の撮像レンズ１４とＣＣＤ５０との距離をそれぞれｆ、第１の撮像レンズ１３と第１の撮像レンズ１３の各中心位置間の距離をｂ、ＣＣＤ４９上で撮像中心から点Ｐの結像位置までの変位量（距離）をａ１、ＣＣＤ５０上で撮像中心から点Ｐの結像位置までの変位量（距離）をａ２とする。

簡単な幾何の性質により、
１／ｄ＝ａ／ｂｆ …(2)
（但し、ａ＝ａ１＋ａ２。）
となるもので、上記式（２）中のａが位相差である。

上記式（２）を位相差ａで微分すると、
Δｄ／Δａ＝−（ｄ² ／ｂｆ） …(3)
となり、なるべくｂを大きく設定することで、同じ位相差の誤差に対して距離誤差を小さくすることができるのがわかる。したがって、上記図１でも示したように第１の撮像レンズ１３と第２の撮像レンズ１４とはなるべく距離をあけるように本体ケーシング１１前面の両端に配置するものとした。

これにより、被投影面の任意の点までの距離値を算出する際の誤差をより小さいものとし、後述する台形補正を高い精度で実行することができるものとなる。

第１の撮像レンズ１３とＣＣＤ４９、第２の撮像レンズ１４とＣＣＤ５０の一対、２系統の撮像系では、機械的な調整機構などによって完全にその光軸が平行となるようにプロジェクタ装置１０の本体ケーシング１１前面に配設することが望ましいが、現実には困難である。

また、これら２系統の撮像系に挟まれて配設される投影系のマイクロミラー素子３６と投影レンズ１２の光軸も、上記撮像系の光軸と完全に平行となることが望ましいが、この点も現実には困難であり、さらには投影レンズ１２と、第１の撮像レンズ１３及び第２の撮像レンズ１４との間隔にもある程度の誤差を生じることとなる。

したがって、上記式（２）をオフセット分も考慮して変形し、
１／ｄ＝Ａａ＋Ｂ …(1)
（但し、ｄ：撮像素子から被投影面までの距離、
ａ：一対のエリア撮像手段の位相差、
Ａ：エリア撮像手段の構造に基づく個体差を有する定数（係数）、
Ｂ：エリア撮像撮影手段の構造に基づく個体差を有する定数（オフセット分）。）
と置くことで、撮像系と投影系の平行度や間隔に誤差があっても、位相差から距離への変換を簡易な計算式により容易且つ正確に算出することが可能となる。

上記定数Ａ，Ｂは、このプロジェクタ装置１０を製造する工場内で出荷前に予め撮像系、投影系の個体差を測定し、制御部４３内の不揮発性メモリに記憶させておくことで、誤差の少ない測距が可能となる。

なお、上記定数Ａ，Ｂは、測距する方向毎に異なるため、方向毎に予め測定して記憶しておく必要がある。

上記ステップＳ０５で複数、３点以上、望ましくは４点以上の点位置の位相差を求め、それら各位相差から上記式（１）を用いることで距離値を算出し、さらに複数の距離値によりプロジェクタ装置１０の投影光軸に対するスクリーンの被投影面との相対的な角度を算出する（ステップＳ０６）。

すなわち、スクリーンの被投影面が平面であると仮定すると、被投影面の同一直線上にはない少なくとも３点以上までの距離を求めることで、プロジェクタ装置１０の投影光軸に対するスクリーンの被投影面の角度を決定することが可能となる。

図６は、複数の距離値からスクリーン被投影面の角度への変換を説明する図である。同図で、Ａｉ（ここではｉ＝１〜４）は各方向のプロジェクタ装置１０から被投影面ＳＣまでのベクトルであり、ｘｙｚ空間中での投影光軸のベクトルを（０，０，１）、被投影面ＳＣの法線ベクトルＮを（ｘ，ｙ，１）とする。

被投影面ＳＣの式を 、
Ｄ・Ａ＝ｃ …(4)
と置き、そこから誤差の二乗和
Σ（Ｄ・Ａi−ｃ）² …(5)
が最少となるｘ，ｙ，ｃを算出することで、簡易な計算方法ながらスクリーン被投影面ＳＣの正確な平面角度を算出することができる。

こうしてスクリーン被投影面ＳＣとの相対的な角度を取得すると、その角度から画像変形に用いる所定のパラメータを演算し、マイクロミラー素子３６で投影のために表示する画像の変形状態を設定することで台形補正処理を実行する（ステップＳ０７）。

以上でＡＦ／ＡＫキーの操作に対応した自動合焦と時と台形補正の処理を終了して、上記ステップＳ０１からの処理に戻り、再度のＡＦ／ＡＫキーの操作があるのを待機する。

このように、投影対象としてのスクリーンに何らかの構成を必要とすることがなく、またユーザによるデータ設定等の操作をまったく行なうことなしに、簡易なキー操作により即時自動台形補正の処理に移行するため、投影対象となるスクリーンを選択せず、装置単体で台形補正を完全に自動化できる。

加えて、被投影面を含む範囲を撮像して画像データを得ることができるので、画像処理技術により装置の他の制御動作、例えば投影画像の調整等にも対応できる。

なお、上記実施の形態では、図４に示した縦縞模様のチャート画像を用いる場合について示したが、スクリーンの被投影面ＳＣの複数の点を測定するに当たっては、投影範囲内でなるべく離れた位置を測定する方が角度誤差の割合を小さくすることができるため、例えば上記図４のチャート画像に代えて図７に示すようなチャート画像を用いるものとしてもよい。

すなわちこの図７では、投影範囲の四隅にそれぞれ白い（明）矩形パターンを配したチャート画像を例示しており、上記図４に示したものに比して、第１の撮像レンズ１３と第２の撮像レンズ１４とを結ぶ配置方向と平行する方向、及び直交する方向の双方で明暗パターンが変化するものとなっている。

したがって、これら四隅に配置された各矩形パターンの位置を調べることによって方向を決定するものとすれば、投影画角を検知するための特別なセンサ等を用いずとも投影レンズ１２での投影画角を把握することができる。

したがって、この投影画角に対応して測定する方向を投影レンズ１２でのズーム位置に基づく投影画角に連動させることができる。そのため、その時点での投影画角を勘案して適正な範囲の距離と角度とを算出し、台形補正の精度をより向上できる。

なお、上記図４に示した縦縞模様のチャート画像を投影した場合には、第１の撮像レンズ１３と第２の撮像レンズ１４と結ぶ配置方向に平行な方向（図４では横方向）の走査ラインに沿って位相差を検出することになるが、第１の撮像レンズ１３を介して得た撮像画像と第２の撮像レンズ１４を介して得た撮像画像のそれぞれ同じ高さ位置の走査ラインで位相差を検出した方が、より精度が高くなる。

この場合、第１の撮像レンズ１３を介して得た撮像画像と第２の撮像レンズ１４を介して得た撮像画像の相互間で、同じ高さ位置の走査ラインとその高さ位置を中心として所定距離分、例えば上下各２ライン分ずつ離れた走査ラインの位相差を検出してその平均値を得るようにすれば、より高い精度で位相差を検出することができる。

さらには、チャート画像の撮像を複数回実施して検出した位相差の平均をとることでも、より精度を向上することができ、結果としてより正確に台形補正を行なうことができる。

また、上記図３のチャート画像は、投影レンズ１２のズーム位置（投影画角）に対応して被投影面上での縞模様の間隔が変わるため、固定焦点の第１の撮像レンズ１３及び第２の撮像レンズ１４を介して得る各撮像画像中でも同間隔は変わり、その度合によって検出する位相差の精度が変化してしまうことになる。

そのため、制御部４３はチャート画像の画像データを読出して投影エンコーダ３３に送出する段階で、投影レンズ１２での投影画角の情報を取得し、その投影画角に合わせて当該画像データを拡大または縮小してから投影エンコーダ３３へ送出することで、撮像により得られる縞模様の間隔が等しくなるようにし、検出する位相差の精度を維持するものとしてもよい。

さらに、上記図３で示したチャート画像の投影に先立って、図８に示すように、より大きな間隔の縦縞模様のチャート画像を投影してそれを２系統の撮像系で撮影し、位相差の概値を算出した後に、図３のチャート画像の投影による位相差検出に移行するものとしてもよい。

こうすることで、２枚の撮像画像から位相差検出を行なう際に、対応する縞模様の位置を１本ずれて認識してしまうことによる「偽合焦」を未然に防ぎ、確実に台形補正を実行できる。

また、上記図３または図７の各チャート画像に拘わらず、投影される画像はその投影距離によって明るさが変化するため、投影されたチャート画像を撮像する際には、被投影面までの距離に応じて撮像条件、例えばシャッタ速度を可変し、撮像する画像の明るさが一定となるように維持するものとしてもよい。

こうすることで、位相差の検出精度を安定化し、常に一定の台形補正の精度が得られるようにできる。

さらに、被投影面までの距離を算出するにあたって、対象となる方向数をより多く設定し、例えば縦１０点×横１０点の計１００点の方向までの距離を求めるものとすれば、被投影面が平面ではなく曲面であっても、その形状を正確に把握することができ、台形補正処理を実施して正確で見易い矩形の画像を投影させることができる。

その場合、算出した曲面形状から上記被投影面の平面近似を行ない、求めた近似平面の法線方向から見た場合に最適化した台形補正を行なうものとすれば、より自然で見易い画像を投影することができる。

加えて、上記最適化に関し、近似平面の法線方向以外の方向を例えばキースイッチ部１６のカーソルキー操作により指示でき、近似平面に対し、指示した方向から見た場合に最適化した台形補正を行なうものとすれば、ユーザがスクリーンに正対していない場合であっても、そのユーザから見てより自然な画像を投影することができる。

なお、上記式（１）で用いた定数Ａ，Ｂは、検出する位相差の方向に応じて複数組予め記憶しておくものとして説明したが、想定し得るすべての方向の各定数Ａ，Ｂを記憶しておくためにはメモリの容量を消費してしまうことになるので、ある程度の組数分だけ定数Ａ，Ｂを記憶しておき、記憶していない方向の位相差検出を行なう際には記憶している方向の定数Ａ，Ｂを用いて補間処理によりあらたに定数Ａ，Ｂを算出するものとしてもよい。

図９は、あらたに定数Ａ，Ｂを算出する場合の概念を説明するものである。同図で、点Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３，Ｐ３１〜Ｐ３３の各方向に対応した定数（Ａ１１，Ｂ１１）〜（Ａ１３，Ｂ１３），（Ａ２１，Ｂ２１）〜（Ａ２３，Ｂ２３），（Ａ３１，Ｂ３１）〜（Ａ３３，Ｂ３３）が既知であり、点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２で囲まれた領域内の中点Ｐｘの方向での位相差を検出するものとする。

この場合、上記点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２の方向の定数（Ａ２１，Ｂ２１），（Ａ２２，Ｂ２２），（Ａ３１，Ｂ３１），（Ａ３２，Ｂ３２）を用いた補間処理により、点Ｐｘの方向の定数（Ａｘ，Ｂｘ）を算出することで、当該方向の位相差を容易に算出できる。

このように、スクリーンの被投影面上の予め設定された複数の方向以外の方向で位相差を検出する場合でも、補間処理により簡単な演算で被投影面までの距離を正確に算出することができ、どのような設置環境やチャート画像等にも適応して正確な台形補正を実行できる。

なお、上記実施の形態はＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタに適用した場合について説明したものであるが、本発明はこれに限らず、透過型のカラー液晶パネルを空間的光変調素子として使用する液晶プロジェクタ等にも同様に適用可能であることは勿論である。

その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。

さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の実施の一形態に係るプロジェクタ装置の外観構成を示す斜視図。 同実施の形態に係る電子回路の機能構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るＡＦ／ＡＫキーの操作に対応した台形補正処理の内容を示すフローチャート。 同実施の形態に係る縦縞模様のチャート画像を例示する図。 同実施の形態に係る位相差検出の原理を説明するための図。 同実施の形態に係る複数の距離値からスクリーン被投影面の角度への変換を説明する図。 同実施の形態に係る図３のチャート画像に代えて投影する他のチャート画像を例示する図。 同実施の形態に係る図３のチャート画像投影前に投影する他のチャート画像を例示する図。 同実施の形態に係るあらたな定数を算出するための補間処理を説明する図。

符号の説明

１０…プロジェクタ装置、１１…本体ケーシング、１１ａ,１１ｂ,１１ｃ…通気口、１２…投影レンズ、１３…第１の撮像レンズ、１４…第２の撮像レンズ、１５…Ｉｒ受光部、１６…キースイッチ部、１７…スピーカ、１８…入出力コネクタ部、１９…Ｉｒ受光部、２０…ＡＣアダプタ接続部、２１ａ〜２１ｃ…調整脚部、３１…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、３２…画像変換部、３３…投影エンコーダ、３４…ビデオＲＡＭ、３５…投影駆動部、３６…マイクロミラー素子（空間的光変調素子：ＳＯＭ）、３７…リフレクタ、３８…光源ランプ、３９…カラーホイール、４０…ミラー、４１…モータ（Ｍ）、４２…投影光処理部、４３…制御部、４４…第１のプロセス回路、４５…第２のプロセス回路、４６…ファン駆動部、４７…画像記録部、４８…音声処理部、４９，５０…ＣＣＤ、５１…ファンモータ（Ｍ）、ＳＢ…システムバス、ＳＣ…（スクリーンの）被投影面。

Claims (20)

1. 入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影する投影手段と、
   一定の距離をあけて配置され、共に上記投影手段で投影した画像を撮像する一対のエリア撮像手段と、
   これら一対のエリア撮像手段で撮像した画像の位相差から上記被投影面までの距離及び角度を算出する算出手段と、
   この算出手段で得た上記被投影面までの距離及び角度により上記投影手段で投影する画像を台形補正させる投影制御手段と
   を具備したことを特徴とする投影装置。
2. 上記算出手段は、上記投影画像中の３箇所以上の点位置までの距離及び角度を最小二乗法により平面を決定して算出することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記投影手段は投影画角を可変するズーム機能を有し、
   上記算出手段は、上記投影手段の投影画角に応じて位相差を検出する位置を可変する
   ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
4. 上記算出手段は、上記投影画像中の矩形の被投影面の四隅の点位置までの距離を測定することで角度を算出することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
5. 上記投影手段は、矩形の画像の四隅に所定のパターンを配したチャート画像を投影し、
   上記算出手段は、上記一対のエリア撮像手段により得たチャート画像の四隅の所定のパターンの位置までの距離を測定することで角度を算出する
   ことを特徴とする請求項４記載の投影装置。
6. 上記投影手段は、上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向に直交する方向の白黒の縞模様が等間隔に配列されたチャート画像を投影することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
7. 上記投影手段は、上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向に直交する方向の白黒の縞模様が連続したチャート画像の投影に先立って、より大まかなパターンの他のチャート画像を投影し、
   上記一対のエリア撮像手段は上記投影手段により投影される２つのチャート画像を連続して撮像し、
   上記算出手段は、上記他のチャート画像の撮像に応じて上記被投影面までの大まかな距離及び角度を算出した後、上記縞模様のチャート画像の撮像に応じてより正確な距離及び角度を算出する
   ことを特徴とする請求項６記載の投影装置。
8. 上記投影手段は、上記他のチャート画像として上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向に平行する方向の明暗パターンの境界線を含むチャート画像を投影することを特徴とする請求項７記載の投影装置。
9. 上記投影手段は、投影画角を可変するズーム機能を有し、投影画角によって上記チャート画像の縞模様の間隔を変えて投影することを特徴とする請求項６記載の投影装置。
10. 上記エリア撮像手段は、上記被投影面までの距離に応じて撮像条件を可変し、撮像する画像の明るさが一定となるように維持することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
11. 上記算出手段は、撮像画像中の複数の方向からそれぞれ距離値を算出し、その平均値により距離値を得ることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
12. 上記算出手段は、上記被投影面の曲面形状も算出し、
    上記投影制御手段は、算出した曲面形状により上記投影手段で投影する画像を台形補正させる
    ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
13. 上記算出手段は、上記算出した曲面形状から上記被投影面の近似平面を求め、
    上記投影制御手段は、上記算出手段で求めた近似平面の法線方向から見た場合に最適化した台形補正を行なう
    ことを特徴とする請求項１２記載の投影装置。
14. 被投影面に対する方向を指示する指示手段をさらに具備し、
    上記算出手段は、上記算出した曲面形状から上記被投影面の近似平面を求め、
    上記投影制御手段は、上記算出手段で求めた近似平面に対し、上記指示手段で指示した方向から見た場合に最適化した台形補正を行なう
    ことを特徴とする請求項１２記載の投影装置。
15. 上記算出手段が上記位相差から距離を算出する変換式は、
    １／ｄ＝Ａａ＋Ｂ …(1)
    （但し、ｄ：撮像素子から被投影面までの距離、
    ａ：一対の撮像手段の位相差、
    Ａ，Ｂ：エリア撮像手段の構造に基づく個体差を有する定数。）
    であり、
    上記算出手段は、上記式（１）中の定数Ａ，Ｂを工場出荷前に予め測定して記憶しておく
    ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
16. 上記算出手段は、上記一対のエリア撮像手段を結ぶ配置方向を基準として複数の方向に対応した複数組の上記定数Ａ，Ｂを予め測定して記憶し、上記複数の方向のうちの１方向を測定した際にその方向に対応した上記定数Ａ，Ｂを読出して位相差から距離を算出することを特徴とする請求項１５記載の投影装置。
17. 上記算出手段は、上記複数の方向以外の方向を測定した際に、その方向に対応して上記複数の方向からの補間処理により該当する上記定数Ａ，Ｂを算出し、算出した定数Ａ，Ｂにより位相差、距離を算出することを特徴とする請求項１６記載の投影装置。
18. 上記一対のエリア撮像手段は、上記投影手段を挟んで装置筐体前面の両端に離して配置することを特徴とする上記請求項１記載の投影装置。
19. 入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影する投影部、及び一定の距離をあけて配置され、共に上記投影部で投影した画像を撮像する一対のエリア撮像部を備えた投影装置での投影方法であって、
    上記一対のエリア撮像部で撮像した画像の位相差から上記被投影面までの距離及び角度を算出する算出工程と、
    この算出工程で得た上記被投影面までの距離及び角度により上記投影部で投影する画像を台形補正させる投影制御工程と
    を有したことを特徴とする投影方法。
20. 入力される画像信号に応じた光像を形成し、被投影面に向けて投影する投影部、及び一定の距離をあけて配置され、共に上記投影部で投影した画像を撮像する一対のエリア撮像部を備えた投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、
    上記一対のエリア撮像部で撮像した画像の位相差から上記被投影面までの距離及び角度を算出する算出ステップと、
    この算出ステップで得た上記被投影面までの距離及び角度により上記投影部で投影する画像を台形補正させる投影制御ステップと
    をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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