JP3761550B2 - 反射光強度測定機構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、特に投射面からの反射光の強度を測定して距離や傾斜角度を測定する反射光強度測定機構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投射面とプロジェクタとの距離が一定でなく、また、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映像に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、プロジェクタより投射面に投射された映像の反射光をプロジェクタ内部の光強度測定センサで受光し、その受光強度から投射面とプロジェクタとの距離を算定したり、プロジェクタの投射光軸と投射面との傾斜角度を算定したりする方法が用いられている。

図４は、現在用いられているプロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する距離測定装置を備えたプロジェクタの距離算定方法を説明する模式図であり、（ａ）はプロジェクタと投射面との距離が離れている場合、（ｂ）はプロジェクタと投射面との距離が近い場合である。

プロジェクタ１０の光源２５から投射レンズ２１を経由して投射面７０に投射された投射光７は投射面７０上の反射点９で反射されて、プロジェクタ１０の前面に設けられたピンホール５１を経由してプロジェクタ１０の内部に設けられたフォトダイオードやフォトトランジスタのような光強度測定センサ４１に入光する。光強度測定センサ４１には並列に設けられた抵抗４３と電圧測定部４４とを介して電源４２から電圧が付加されており、光強度測定センサ４１の受光強度に対応して電圧測定部４４で測定される電圧が変動する。光強度測定センサ４１に入光する反射光８の強度は投射レンズ２１からの経過距離の二乗に反比例して増減するので、距離測定時の光源２５の輝度を一定とし不図示の受光強度解析距離算定部に投射レンズ２１と投射面７０との間の距離と受光強度に比例する電圧測定部４４の電圧との関係式を備えることにより、投射レンズ２１と投射面７０との間の距離を算定でき、投射レンズ２１の焦点調整機能を操作して投射面７０に焦点を合わせることができる。

図５は本発明者が特願２００３−３１１３４７で出願した傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの投影装置から投射面に投射された均一な高輝度光の反射光の状態を示す模式図であり、（ａ）は投射光軸と投射面との傾斜角度が９０°の状態であり、（ｂ）は第１の傾斜角の場合であり、（ｃ）は第１の傾斜角よりも小さい第２の傾斜角の場合であり（ｄ）は投射面に対する光線の入射角度と反射光線の反射角度による光強度の分布である。図から理解できるように投射光７の投射光軸と投射面７０との傾斜角度が大きくなるにつれて投射レンズ２１の垂直方向上部に設けられたピンホール５１を経由してプロジェクタ内部に投射光軸を中心に左右対称に設けられた光強度測定センサ５２Ｌ、５２Ｒに入射する反射光８の強度の差が大きくなることから、不図示の受光強度解析傾斜角度算定部に設けられた光強度測定センサ５２Ｌ、５２Ｒ間の光強度差と、投射光軸と投射面との傾斜角度との関係式から投射光軸と投射面との傾斜角度を求めている。

いずれの場合も光強度測定センサの受光強度の情報により距離や傾斜角度を算定している。

しかし、例えば図４の場合を例として説明すると、プロジェクタ１０から一定の明るさを持つ映像を投射した場合、投射面７０上に位置する任意の１点の輝度は、投射面７０からプロジェクタ１０までの距離の二乗に反比例して増減する。一般的なプロジェクタの焦点範囲は１ｍから１０ｍ程度なので、最短と最長では１０倍の差があり、そのためプロジェクタと投射面との距離が１ｍと１０ｍの場合では、任意の１点の最低輝度と最高輝度とは１００倍の差があることになる。光強度測定センサ４１までの距離は往復でさらに約２倍となるので光強度測定センサ４１の最低受光強度と最高受光強度では４００倍の差があることとなる。例えば図４（ａ）の状態で電圧測定部４４が電圧を検知できる程度に抵抗４３の値を設定すると、図４（ｂ）のように距離が短くなった場合電圧測定部４４は簡単にオーバーフローしてしまう。また、図４（ｂ）の状態でオーバーフロー直前になるように抵抗４３の値を設定すると、図４（ａ）の状態では電圧測定部４４が測定できないくらい小さい振幅になってしまうという問題点がある。

現在、色調整、枠検出、オートフォーカスを自動的に行うためにデジタルカメラと同様な２次元撮像素子を備えた受光強度情報入手機構を有するプロジェクタも発売されているが、この場合には撮像素子を駆動する回路にデジタルカメラに装着されているような露光時間調整による電子絞り機能が搭載されており、特に意識せずとも輝度の最大測定限界を超えずに映像の取り込みが可能となっている。

しかしながら、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの廉価な光強度測定センサを用いる場合、電子絞り機能などという便利なものは高価であり搭載することが難しい。

本発明の目的は、反射光の受光強度を測定する光強度測定センサの出力のオーバーフロー、アンダーフローを、プロジェクタと投射面との距離に関わらず電子絞り機能を用いないで防止できる、反射光強度測定機構を有するプロジェクタを提供することにある。

本発明の反射光強度測定機構を有するプロジェクタは、
プロジェクタの投影装置の投射レンズから投射面に投射された投射光のその投射面からの反射光を、プロジェクタの前面に設けられた導光部を経由してそのプロジェクタ内部に設けられた光強度測定センサで受光し、その光強度測定センサの計測した光強度情報によりプロジェクタの投影装置と投射面との位置関係を求める反射光強度測定機構を有するプロジェクタである。プロジェクタの反射光強度測定機構は受光強度解析手段と光源輝度調整手段とを有し、光源輝度調整手段は、光強度測定センサの計測した反射光の強度に対応する電圧を、受光強度解析手段より取得して監視する電圧監視部と、電圧が予め設定した上限値を超えた場合は投影装置の光源の輝度を所定値まで下げるように調整し、電圧が予め設定した下限値以下となった場合は投影装置の光源の輝度を所定値まで上げるように調整し、調整比を反射光強度測定機構に出力する投射輝度制御部とを備え、受光強度解析手段は光強度測定センサの測定電圧を調整比により調整前の電圧に換算して、投影装置と投射面との位置関係を求めることを特徴とする。

求める投影装置と投射面との位置関係が、その投影装置とその投射面との距離であり、１個の光強度測定センサの測定電圧と距離との所定の相関関係により距離が求められてもよく、求める投影装置と投射面との位置関係が、その投影装置とその投射面との傾斜角度であり、傾斜角度が求められる投射光軸を含む基準面に対して投射光軸の垂直上方を中心として左右対称に配置された２個の光強度測定センサのそれぞれの光強度と左右の光強度の差を取得し、予め設定されている２箇所の光強度測定センサの計測したそれぞれの光強度と左右の光強度の差に対応する基準面上での投射面と投射光軸に垂直な面との傾斜角度との相関関係により基準面上での投射面と投射光軸に垂直な面との傾斜角度が求められてもよい。

本発明は、反射光の受光強度を測定する光強度測定センサの出力のオーバーフローやアンダーフローを、電子絞り機能を用いないでプロジェクタと投射面との距離に関わらず防止できるという効果がある。

それは、光強度測定センサが受光強度に対応して発生する電圧を監視し、電圧が所定の範囲を超える場合に、プロジェクタの投射装置の光源の投射輝度を調整し所定の範囲内に収まるように制御するからである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態であるプロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する図４に示す距離測定装置に本発明の光源投射輝度調整部を加えた反射光強度測定機構を有するプロジェクタの模式的構成図であり、図２は第１の実施の形態のプロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する距離測定装置を備えたプロジェクタの距離算定方法を説明する模式図である。

プロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する距離測定装置は図４に示す従来例と同じなので、同じ構成要素には同じ符号を付し、内容と機能については説明を省略する。ここでは導光部をピンホールとして説明するが、後述のように光学レンズであってもよい。

図１に示されるようにプロジェクタ１０は投射レンズ２１と表示部２２を有する投影装置２０と、表示部２２の映像を制御する画像制御部２３と、距離測定装置３１と、全体の動作を制御するＣＰＵ８０とを備える。

プロジェクタ１０は、投影装置２０と投射面７０との距離を算定する距離測定装置３１を有しており、算定した距離に従って焦点調整部２６を制御して投射レンズ２１の焦点を調整する。

投影装置２０は、投射レンズ２１から均一な高輝度光を投射面７０に投射する高輝度光出力機能を有しており、距離測定装置３１は、投射光軸２７から垂直方向に所定の間隔をおいてプロジェクタ１０の前面に設けられたピンホール５１と、そのピンホール５１を通過する投射面７０からの高輝度光の反射光８を受光するように、プロジェクタ１０の内部に配置された光強度測定センサ４１と、受光強度解析距離算定部４０とを備えており、受光強度解析距離算定部４０は光強度測定センサ４１の光強度測定結果を基に、投射レンズ２１と投射面７０との距離と光強度との相関関係から、投射レンズ２１と投射面７０との距離を求めて、画像制御部２３を経由して焦点調整部２６により投射レンズ２１の焦点を調整する。光強度測定センサ４１としては例えばフォトトランジスタが使用される。

本発明の光源投射輝度調整部６０は、電圧監視部６１と投射輝度制御部６２とを備えている。電圧監視部６１は、反射光８の強度を測定してプロジェクタ１０と投射面７０との距離を算定する距離測定装置３１の受光強度解析距離算定部４０にあって光強度測定センサ４１の電圧を測定する電圧測定部４４に接続して光強度測定センサ４１の電圧を監視し、投射輝度制御部６２は、電圧監視部６１で監視した光強度測定センサ４１の電圧を予め設定した上限値および下限値と比較し、上限値を超えた場合は光源２５の投射光の輝度を所定値まで下げるように調整し、下限値以下となった場合は光源２５の投射光の輝度を所定値まで上げるまで調整して、その調整比を受光強度解析距離算定部４０に出力し、受光強度解析距離算定部４０は電圧測定部４４で測定された光強度測定センサ４１の電圧を調整比で調整前の値に読み替えて、受光強度解析距離算定部４０に備えられた投射レンズ２１と投射面７０との間の距離と受光強度、即ち電圧との関係式により、投射レンズ２１と投射面７０との間の距離を算定し、投射レンズ２１の焦点調整部２６を操作して投射面７０に焦点を合わせる。調整後の所定値は任意に設定できるが上限値を超えた場合は下限値に近い値に設定し、下限値を超えた場合は上限値に近い値に設定することが望ましい。

次に本発明の第２の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタを図３に上述の図２と背景技術で使用した図５とを参照して説明する。

図３は本発明の第２の実施の形態の、プロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との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の模式的ブロック構成図である。ここでは導光部をピンホール５１として説明するが、光強度測定センサに焦点を結ぶように設けられた光学レンズであってもよい。また第１の実施の形態と同じ構成要素については説明を容易にするため図１と同一の符号を用いる。

図３に示されるように、プロジェクタ１０は投射レンズ２１と表示部２２を有する投影装置２０と、表示部２２の映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ＣＰＵ８０とを備える。

プロジェクタ１０は、投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置３０を有しており、算定した傾斜角度に従って表示部２２の出力映像を制御することにより投射面７０の画像の歪を補正する。

投影装置２０は、投射レンズ２１から均一な高輝度光を投射面７０に投射する高輝度光出力機能を有しており、傾斜角度測定装置３０は、傾斜角度が測定される投射光軸２７を含む基準面から垂直方向に所定の間隔をおいてプロジェクタ１０の前面に設けられたピンホール５１と、そのピンホール５１を通過する投射面７０からの高輝度光の反射光８を受光するように、プロジェクタ１０の内部に基準面に平行で投射光軸２７に垂直な面との交線である基準線上に、基準面に対し投射光軸２７の垂直上方を中心として左右に同じ間隔で配置された光強度測定センサ５２（５２Ｒ、５２Ｌ）と、受光強度解析傾斜角度算定部５３と、光源輝度調整部６０とを備えている。

受光強度解析傾斜角度算定部５３は２箇所の光強度測定センサ５２（５２Ｒ、５２Ｌ）の光強度測定結果から、それぞれの光強度と左右の光強度の差を取得し、予め設定されている２箇所の光強度測定センサ５２（５２Ｒ、５２Ｌ）のそれぞれの光強度と左右の光強度の差に対応する基準面上での投射面７０と投射光軸２７に垂直な面との傾斜角度との相関関係から、基準面上での投射面７０と投射光軸２７に垂直な面との傾斜角度を求めて、画面の歪をなくするように表示部２２の出力映像を制御する。光強度測定センサ５２としては例えばフォトトランジスタが使用される。

光源投射輝度調整部６０は、図２に示す第１の実施の形態の光源投射輝度調整部６０と基本的に同じであり、電圧監視部６１と投射輝度制御部６２とを備えている。電圧監視部６１は反射光８の強度を測定して投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置３０の受光強度解析傾斜角度算定部５３にあって光強度測定センサ５２の電圧を測定する電圧測定部４４に接続して光強度測定センサ５２の電圧を監視する。投射輝度制御部６２は、電圧監視部６１で監視した光強度測定センサ５２の電圧を予め設定した上限値および下限値と比較し、上限値を超えた場合は光源２５の投射光の輝度を所定値まで下げるように調整し、下限値以下となった場合は光源２５の投射光の輝度を所定値まで上げるまで調整して、調整比を受光強度解析傾斜角度算定部５３に出力し、受光強度解析傾斜角度算定部５３は電圧測定部４４で測定された光強度測定センサ５２の電圧を調整比で調整前の値に読み替えて、受光強度解析傾斜角度算定部５３に備えられた光強度測定センサ５２Ｌと光強度測定センサ５２Ｒの出力の差から、予め設定されている所定の計算式による演算、または実験結果から作成された２箇所の光強度測定センサ５２（５２Ｒ、５２Ｌ）のそれぞれの光強度と左右の光強度の差に対応する基準面上での投射面７０と投射光軸２７に垂直な面との傾斜角度との相関関係を示すテーブルから、基準面上での投射面７０と投射光軸２７に垂直な面との傾斜角度を求めて画像制御部２３に出力する。画像制御部２３は入力した傾斜角度を受けてＬＳＩ制御パラメータを生成し、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより、入力映像を修正して投射面７０に投射されると入力映像と相似の映像となる出力映像を表示部２２に出力することで投射面７０の画像の歪を修正する。光源輝度調整部６０は光強度測定センサ５２のいずれかの電圧を監視すればよい。調整後の所定値は任意に設定できるが上限値を超えた場合は下限値に近い値に設定し、下限値を超えた場合は上限値に近い値に設定することが望ましい。

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したが、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の実施の形態の、プロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する図４に示す距離測定装置に本発明の光源投射輝度調整部を加えた反射光強度測定機構を有するプロジェクタの模式的構成図である。 第１の実施の形態の、プロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する距離測定装置を備えたプロジェクタの距離算定方法を説明する模式図である。 第２の実施の形態の、プロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置に本発明の光源投射輝度調整部を加えた反射光強度測定機構を有するプロジェクタの模式的ブロック構成図である。 現在用いられている、プロジェクタの投射光の投射面からの反射光の強度を測定してプロジェクタと投射面との距離を算定する距離測定装置を備えたプロジェクタの距離算定方法を説明する模式図である。（ａ）はプロジェクタと投射面との距離が離れている場合である。（ｂ）はプロジェクタと投射面との距離が近い場合である。 傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの投影装置から投射面に投射された均一な高輝度光の反射光の状態を示す模式図である。（ａ）は投射光軸と投射面との傾斜角度が９０°の状態である。（ｂ）は第１の傾斜角の場合である。（ｃ）は第１の傾斜角よりも小さい第２の傾斜角の場合である。（ｄ）は投射面に対する光線の入射角度と反射光線の反射角度による光強度の分布である。

符号の説明

７ 投射光
８ 反射光
８’ 主反射光
９ 反射点
１０ プロジェクタ
２０ 投影装置
２１ 投射レンズ
２２ 表示部
２３ 画像制御部
２５ 光源
２６ 焦点調整部
２７ 投射光軸
３０ 傾斜角度測定装置
３１ 距離測定装置
４０ 受光強度解析距離算定部
４１、５２、５２Ｌ、５２Ｒ 光強度測定センサ
４２ 電源
４３ 抵抗
４４ 電圧測定部
５１ ピンホール
５３ 受光強度解析傾斜角度算定部
６０ 光源輝度調整部
６１ 電圧監視部
６２ 投射輝度制御部
７０ 投射面
８０ ＣＰＵ

Claims (8)

1. プロジェクタの投影装置の投射レンズから投射面に投射された投射光の該投射面からの反射光を、前記プロジェクタの前面に設けられた導光部を経由して該プロジェクタ内部に設けられた光強度測定センサで受光し、該光強度測定センサの計測した光強度情報により前記プロジェクタの前記投影装置と前記投射面との位置関係を求める反射光強度測定機構を有するプロジェクタにおいて、
   前記プロジェクタの反射光強度測定機構は受光強度解析手段と光源輝度調整手段とを有し、該光源輝度調整手段は、前記光強度測定センサの計測した反射光の強度に対応する電圧を前記受光強度解析手段より取得して監視する電圧監視部と、電圧が予め設定した上限値を超えた場合は前記投影装置の光源の輝度を所定値まで下げるように調整し、電圧が予め設定した下限値以下となった場合は前記投影装置の光源の輝度を所定値まで上げるように調整し、調整比を前記受光強度解析手段に出力する投射輝度制御部とを備え、前記受光強度解析手段は前記光強度測定センサの測定電圧を前記調整比により調整前の電圧に換算して、前記投影装置と前記投射面との位置関係を求めることを特徴とする反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
2. 求められる前記投影装置と前記投射面との位置関係が、該投影装置と該投射面との距離であり、１個の光強度測定センサの測定電圧と距離との所定の相関関係により距離が求められる、請求項１に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
3. 求められる前記投影装置と前記投射面との位置関係が、該投影装置と該投射面との傾斜角度であり、前記傾斜角度が求められる前記投射光軸を含む基準面に対して前記投射光軸の垂直上方を中心として左右対称に配置された２個の光強度測定センサのそれぞれの光強度と左右の光強度の差を取得し、予め設定されている２箇所の前記光強度測定センサの計測したそれぞれの光強度と左右の光強度の差に対応する前記基準面上での前記投射面と前記投射光軸に垂直な面との傾斜角度との相関関係により、前記基準面上での前記投射面と前記投射光軸に垂直な面との傾斜角度が求められる、請求項１に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
4. 前記導光部が投射装置の壁面に設けられたピンホールである、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
5. 前記導光部が投射装置の壁面に設けられた光学レンズである、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
6. 前記光強度測定センサがフォトトランジスタである、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
7. 前記プロジェクタの前記投影装置の出力部は画像制御部と液晶表示部とを有する、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。
8. 前記プロジェクタの前記投影装置の出力部は画像制御部と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６の何れか１項に記載の反射光強度測定機構を有するプロジェクタ。

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