JP3742085B2 - 傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ - Google Patents

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。

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、レンズと撮像素子とを有するデジタルカメラと、画像解析傾斜角度算定部とを備え、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、ポイントが連続し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おり、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ラインを撮像可能であり、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、投射面のラインを受光位置情報として取得し、投射面のライン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、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ぶ直線の傾斜角度の、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、投射面にポイントである入力光反射点を投射するための左右一対の発光素子と、その発光素子からの投射光の焦点を投射面近傍に合わせるための投光用レンズと、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受光用レンズと、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、受光用レンズを経由して受光する左右一対の一次元配列撮像素子と、その一次元配列撮像素子の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受光位置解析距離・傾斜角度算定部とを備えている。発光素子は、傾斜角度が求められる基準となる基準面に平行に、投射光軸の垂直上方を中心としてそれぞれが左右等距離となるように筐体内部に設けられ、投光用レンズは、プロジェクタの筐体の投射方向の面に、投射光軸より基準面と直交する方向に発光素子と同じ距離だけ離れて設けられ、
受光用レンズは、プロジェクタの筐体の投射方向の面に、投光用レンズから基準面と直交する方向上方に所定の距離だけ離れて設けられ、一次元配列撮像素子は、それぞれ筐体内部の発光素子から基準面と直交する方向上方に所定の距離だけ離れて、それぞれが左右に垂直方向となるように設けられ、投射面に投射された入力光反射点の反射光を、受光用レンズを経由して受光し、受光位置解析距離・傾斜角度算定部は、左右の一次元配列撮像素子の反射光の受光位置の高さと高さの差からなる受光位置情報から、投光用レンズと投射面との距離と、投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度とを算定する。

測定される傾斜角度が水平方向の面上における投射光軸の投射面に対する傾斜角度であり、基準面が投射光軸を含む水平方向の面であってもよく、さらに、傾斜角度測定装置はプロジェクタの投射光軸を含む垂直面上における投射光軸の傾斜角度を検出する垂直方向傾斜センサを有し、その垂直方向傾斜センサで検出された垂直面上の傾斜角度と左右の一次元配列撮像素子の反射光の受光位置の高さと高さの差の情報から算定された水平方向の面上の傾斜角度とを組み合わせて表示部の出力映像が制御されてもよく、測定される傾斜角度が垂直面上における投射光軸と投射面の傾斜角度であり、基準面が投射光軸を含む垂直面であってもよい。

投影装置には投射レンズの焦点を調整する焦点調整部が設けられており、焦点調整部は受光位置解析距離・傾斜角度算定部で算定された投光用レンズと投射面との距離により制御されてもよい。

発光素子の投射光が赤外線であってもよく、発光素子と、投光用レンズと、受光用レンズと、一次元配列撮像素子とがパッケージとしてユニット化されており、ユニットとしてプロジェクタ内部に取付け可能であってもよい。

容易に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少なくともいずれかの傾斜角度を算出できるので、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１の態様では垂直方向並びに水平方向の傾斜角度が同時に算定できる。第２の態様では一方向での傾斜角度の測定となるが、さらに自動焦点調整が可能である。これは、受光素子における反射光の受光位置情報から、受光位置解析距離・傾斜角度算定部で投光用レンズと投射面との距離を同時に算定できるからである。また第２の態様では第１の態様と異なりデジタルカメラの二次元撮像素子よりも安価な一次元撮像素子を使用するので低価格で構成することができる。

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。

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、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投射面７０のポイント８１を撮像可能であり、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もよい。

図６は本発明の第２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ブロック構成図であり、図７は本発明の第２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）はプロジェクタの正面図、（ｂ）は投射状態を示す模式的上面図、（ｃ）は左側投射用発光素子の投射状態と受光状態を示す模式的側面図、（ｄ）は右側投照射用発光素子の投射状態と受光状態を示す模式的側面図である。

プロジェクタ１０は、投射レンズ２１と焦点調整部２６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７０に入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒを投射するための左右一対の発光素子４４Ｌ、４４Ｒと、その発光素子４４Ｌ、４４Ｒからの投射光３１Ｌ、３１Ｒの焦点を投射面７０近傍に合わせるための投光用レンズ４５と、受光用レンズ５４と、受光素子である左右一対の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒと、傾斜角度算定部である受光位置解析距離・傾斜角度算定部５６とを備えている。

発光素子４４Ｌ、４４Ｒは、傾斜角度が求められる基準面２８に対し平行に、投射光軸２７の垂直上方を中心としてそれぞれが左右等距離となるようにプロジェクタ１０の筐体内部に設けられ、投光用レンズ４５は、プロジェクタ１０の筐体の投射方向の面に、投射光軸２７より基準面２８と直交する方向に発光素子４４Ｌ、４４Ｒと同じ距離だけ離れて設けられている。

受光用レンズ５４は、プロジェクタ１０の筐体の投射方向の面に、投光用レンズ４５から基準面２８と直交する方向上方に所定の距離だけ離れて設けられ、一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒは、それぞれ筐体内部の発光素子４４Ｌ、４４Ｒから基準面と直交する方向上方に所定の距離だけ離れて、それぞれが垂直方向となるように左右に設けられて、投射面７０に投射された入力光反射点８５からのの反射光３２Ｌ、３３２Ｒを、受光用レンズ５４を経由して受光し、受光位置解析距離・傾斜角度算定部５６は、左右の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒの反射光３２Ｌ、３２Ｒの受光位置の高さと高さの差の情報から、投光用レンズ４５と投射面７０との距離と、投影装置２０の投射光軸２７の投射面７０に対する傾斜角度とを算定する。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。また、算定された投光用レンズ４５から投射面７０までの距離に基づいて焦点調整部２６を制御して投射レンズ２１の焦点を調整することもできる。

次に、本発明の第１の態様の第１実施例について図１、図２を参照して説明する。構成については上述の第１の態様の説明と同じなので説明を省略する。

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に対して傾斜する場合は、直交する場合と比較して投射面７０上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４１ｂ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。

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。

次に、本発明の第２の態様の第１実施例について図６、図７を参照して説明する。構成については上述の第２の態様の説明と同じなので説明を省略する。

図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示されるようにスクリーンや壁などの投射面７０が投射光軸２７に対して傾斜している場合は、直交する場合と比較して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。

プロジェクタ１０内部に投射光軸２７の垂直上方を中心に左右対称に配置された発光素子４４Ｌ、４４Ｒから投射された投射光３１Ｌ、３１Ｒは何れもプロジェクタ１０の投射レンズ２１の垂直上方に設けられた投光用レンズ４５を経由して投射面７０の左右のそれぞれの入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒに集光されて輝点を作り、そこから反射された反射光３２Ｌ、３２Ｒが投光用レンズ４５から所定の距離だけ上方に離れて配置された受光用レンズ５４を経由して発光素子４４Ｌ、４４Ｒの垂直上方に縦方向に配置された一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒに集光されて入射する。一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒは投射面７０の投射レンズ２１からの計測予定距離の範囲で反射光３２が入力可能となるような長さと位置とで配置される。

もし投射面７０が投射光軸２７に対して垂直であると仮定すると、入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒと投光用レンズ４５との距離は同じであり、従って左右対称に配置されている縦置きの一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒにおける反射光３２Ｌ、３２Ｒの受光位置、即ち高さは左右で同じとなり、投光用レンズ４５と投射面７０との距離によりその高さは変化し、距離が離れると受光位置は低くなる。

図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように投射面７０が基準面２８上で投射光軸２７に対して水平方向に傾斜していると、図示のように左右の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒの受光位置の高さは異なるが、その平均高さは発光素子４４が投射光軸２７上の垂直上方にあった場合のその上方に設けられた一次元配列撮像素子５５への反射光３２の受光高さと同じであり、この平均高さによって投光用レンズ４５と反射面７０との距離を算定することができる。

図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように投射面７０が基準面２８上で投射光軸２７に対して水平方向に傾斜していると図示のように左右の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒの受光位置の高さは異なるが、それは上述のように一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒのそれぞれに入力した反射光３２Ｌ、３２Ｒの投射面７０上の入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒと投光用レンズ４５との距離に対応しているので、その高さの差を求めることによって一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒのそれぞれに入力した反射光３２Ｌ、３２Ｒの投射面７０上のそれぞれの入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒと投光用レンズ４５との距離の差の近似値を求めることができる。それぞれの入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒの間の間隔は、左右の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒの間隔と、左右の一次元配列撮像素子を結ぶ線と受光用レンズ５４との距離と、投光用レンズ４５と反射面７０との距離とで近似的に算定できるので、それぞれの入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒの間の間隔と一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒのそれぞれに入力した反射光３２Ｌ、３２Ｒの投射面７０上のそれぞれの入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒと投光用レンズ４５との距離もしくは距離の差とから、基準面２８上での投射光軸２７の投射面７０に対する水平方向での傾斜角度が三角関数を用いて算定できる。

このようにして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。また、算定された投射レンズ２１と投射面７０までの距離に基づいて焦点調整部２６を制御して投射レンズ２１の焦点を調整することもできる。

図８は左右一対の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒにおける投射面７０の入力光反射点８５Ｌ、８５Ｒからの反射光３２Ｌ、３２Ｒの受光位置から液晶表示部２２の出力映像２５を修正する過程を示す模式的流れ図である。受光位置解析距離・傾斜角度算定部５６が、左の一次元配列撮像素子５５Ｌの受光位置の高さから左入力光反射点８５Ｌまでの距離を算出し（ステップＳ１１）、右の一次元配列撮像素子５５Ｒの受光位置の高さから右入力光反射点８５Ｒまでの距離を算出して（ステップＳ１２）、反射面７０までの距離の平均値を算出し（ステップＳ１３）、一方左右の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒの受光位置の高さの差を取得し（ステップＳ１４）、反射面７０までの距離の平均値と左右の一次元配列撮像素子５５Ｌ、５５Ｒの受光位置の高さの差を元に、演算またはテーブル参照により投影装置２０の光軸２７の投射面７０に対する水平方向の傾斜角度を生成し（ステップＳ１５）、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Ｓ１６）、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Ｓ１７）、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７０に投射されると入力映像２４と相似の画像となる。また、反射面７０までの距離の平均値によって焦点調整部２６のフォーカスサーボモータを制御して投射レンズ２１の焦点を投射面７０に合わせることができる。

これまでの説明では、水平方向の傾斜角度を測定することで説明してきたが、発光素子４４、投光用レンズ４５、受光用レンズ５４、ならびに一次元配列撮像素子５５の組み合わせを投射光軸２７を中心に９０°回転させた位置に設けることにより垂直方向の傾斜角度を測定することが可能である。

次に、本発明の第２の態様の第２実施例について図９を参照して説明する。図９は本発明の第２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ブロック構成図である。第２の態様の第２実施例では傾斜角度測定装置３０に、機械の据付の心出しなどにも利用されている加速度検出素子を用いた傾斜センサ（Ｇセンサ）であって、重力の方向に対する傾斜角度を精密に測定し数値データとして出力する垂直方向傾斜センサ５７が設けられている以外は第２の態様の第１実施例と構成も動作も同じなので、同じ構成要素には同じ符号を付し同一の部分についての説明を省略する。

垂直方向傾斜センサ５７が検出した垂直方向の傾斜角度は受光位置解析距離・傾斜角度算定部５６に入力され、受光位置解析距離・傾斜角度算定部５６では一対の一次元配列撮像素子５５で測定された受光位置情報により水平方向の傾斜角度を算出するとともに、垂直方向傾斜センサ５７が検出した垂直方向の傾斜角度と合わせて画像制御部２３に出力し、画像制御部２３は水平方向と垂直方向の傾斜を加味してＬＳＩ制御パラメータを生成する。

第２の態様のこれまでの説明では、発光素子４４、投光用レンズ４５、受光用レンズ５４、ならびに一次元配列撮像素子５５がそれぞれプロジェクタ１０内の所定の位置に配置されていることとしたが、２個の発光素子４４、１個の投光用レンズ４５、１個の受光用レンズ５４、ならびに２個の一次元配列撮像素子５５をパッケージとしてユニット化し、２個のレンズを持ったユニットとしてプロジェクタ１０の内部に取付け可能とすることができる。これによってプロジェクタ１０への取付けが容易となり、独立したユニットとしての流通も可能となる。さらに受光位置解析距離・傾斜角度算定部５６の機能の一部または全部をユニットに組み込むこともできる。

また、第２の態様ではプロジェクタ１０の投射面７０の映像とは関係なく距離や傾斜角度の算定ができるので、発光素子４４に赤外線発光ダイオードのような赤外線を投射する発光素子４４を使用すれば、投射面７０に映像を投射しながらリアルタイムで焦点調整や台形の補正が可能となる。使用する光線は赤外線に限定されるものではなく不可視光線であれば例えば紫外線であってもよい。第１の態様のデジタルカメラに用いられる二次元配列撮像素子と違って、第２態様では一次元配列撮像素子５５としてラインＣＣＤセンサや一次元ＰＳＤ（位置検出フォトダイオード）のような廉価な受光素子の使用が可能である。

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ブロック構成図である。 本発明の第２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）はプロジェクタの正面図である。（ｂ）は投射状態を示す模式的上面図である。（ｃ）は左側投照射用発光素子の投射状態と受光状態を示す模式的側面図である。（ｄ）は右側投照射用発光素子の投射状態と受光状態を示す模式的側面図である。 左右一対の一次元配列撮像素子の投射面の入力光反射点からの反射光の受光位置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２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ブロック構成図である。

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
２８ 基準面
３０ 傾斜角度測定装置
３１、３１Ｌ、３１Ｒ 投射光
３２、３２Ｌ、３２Ｒ 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、４４Ｌ、４４Ｒ 発光素子
４５ 投射用レンズ
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、５５Ｌ、５５Ｒ 一次元配列撮像素子
５６ 受光位置解析距離・傾斜角度算定部
５７ 垂直方向傾斜センサ
６０ ＣＰＵ
７０ 投射面
８０ 撮像画面
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ ポイント
８２ａ、８２ｃ、８３ ポインティングライン
８４ 投射映像
８５、８５Ｌ、８５Ｒ 入力光反射点
８６ 縦差分画素数
８７ 横差分画素数
９０ 置き台
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ

Claims (13)

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、前記投射面にラインを投射するレーザポインタと、レンズと撮像素子とを有するデジタルカメラと、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、ポイントが連続し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おり、
   前記デジタルカメラのレンズは、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ラインを撮像可能であり、
   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、前記投射面の前記ラインを受光位置情報として取得し、前記投射面の前記ライン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、傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
2. 前記レーザポインタは、直交する前記ポイントが連続した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. 前記デジタルカメラで撮像したポイントを結ぶ直線の傾斜角度の、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１または請求項２に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
4. 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、前記投射面にポイントである入力光反射点を投射するための左右一対の発光素子と、該発光素子からの投射光の焦点を前記投射面近傍に合わせるための投光用レンズと、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受光用レンズと、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、前記受光用レンズを経由して受光する左右一対の一次元配列撮像素子と、該一次元配列撮像素子の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受光位置解析距離・傾斜角度算定部とを備え、
   前記発光素子は、前記傾斜角度が求められる基準となる基準面に平行に前記投射光軸の垂直上方を中心としてそれぞれが左右等距離となるように前記筐体内部に設けられ、
   前記投光用レンズは、前記プロジェクタの筐体の投射方向の面に、前記投射光軸より前記基準面と直交する方向に前記発光素子と同じ距離だけ離れて設けられ、
   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、前記投光用レンズから前記基準面と直交する方向上方に所定の距離だけ離れて設けられ、
   前記一次元配列撮像素子は、それぞれ前記筐体内部の前記発光素子から前記基準面と直交する方向上方に所定の距離だけ離れて、それぞれが左右に垂直方向となるように設けられ、前記投射面に前記発光素子から投射された入力光の反射点からの反射光を、前記受光用レンズを経由して受光し、
   前記受光位置解析距離・傾斜角度算定部は、左右の前記一次元配列撮像素子の前記反射光の受光位置の高さと高さの差からなる前記受光位置情報から、前記投光用レンズと前記投射面との距離と、前記投影装置の投射光軸の投射面に対する傾斜角度とを算定する、傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
5. 測定される傾斜角度が水平方向における前記投射光軸の前記投射面に対する傾斜角度であり、前記基準面が前記投射光軸を含む水平方向の面である、請求項４に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
6. さらに、前記傾斜角度測定装置は前記プロジェクタの前記投射光軸を含む垂直面上における前記投射光軸の傾斜角度を検出する垂直方向傾斜センサを有し、該垂直方向傾斜センサで検出された垂直面上の傾斜角度と、左右の前記一次元配列撮像素子の前記反射光の受光位置の高さと高さの差の情報から算定された水平方向の面上の傾斜角度とを組み合わせて前記表示部の出力映像が制御される、請求項５に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
7. 測定される傾斜角度が垂直面上における前記投射光軸の前記投射面に対する傾斜角度であり、前記基準面が前記投射光軸を含む垂直面である、請求項４に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
8. 前記投影装置には前記投射レンズの焦点を調整する焦点調整部が設けられており、該焦点調整部は前記受光位置解析距離・傾斜角度算定部で算定された前記投光用レンズと前記投射面との距離により制御される、請求項４から請求項７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。
9. 前記発光素子の投射光が赤外線である、請求項４から請求項８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。
10. 前記発光素子と、前記投光用レンズと、前記受光用レンズと、前記一次元配列撮像素子とがパッケージとしてユニット化されており、ユニットとして前記プロジェクタ内部に取付け可能な、請求項４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. 前記投影装置の投射光軸と前記投射面との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１０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。
12. 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１１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。
13. 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１１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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