JP4454288B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、パソコンやカメラやテレビ等の画像データをスクリーンに投影するプロジェクタに関し、特に、スクリーンにテストパタンを投影し、このテストパタンの画像を読み取ることで投影画像のひずみ補正やオートフォーカスなどの処理を行うプロジェクタに関する。

近年、液晶プロジェクタやDLP（Digital Light Processing）プロジェクタが携帯性に優れた小型で且つ軽量な装置であるため、さまざまなシーンでの利用が急増している。

このような携帯性の有るプロジェクタは、据え置き型のCRTプロジェクタと異なり、スクリーンとプロジェクタとの位置関係を変化させながら表示するといった環境が想定される。この場合、スクリーンとプロジェクタとの位置関係に応じて画像を調整する必要がある。具体的には、スクリーンとプロジェクタの距離に応じて画面の大きさや焦点距離を調整する必要がある。また、スクリーンの傾きや湾曲に応じて画面形状を補正する必要がある。

従来は、上記のようなオートフォーカスや画像の歪み補正を行う場合、テストパタンを赤、緑、青の光でスクリーンに投影し、スクリーン上のテストパタン（投影画像）を撮像し、撮像したテストパタンを既知のテストパタンに基づいて分析し、焦点距離や画像歪みを修正していた（例えば特許文献１および２参照）。
特開２０００−２８９０１号公報（段落番号［０００２］〜［０００３］参照） 特許第２５３８４３５号公報

しかし、テストパタンの画像は本来は不要な画像であり、R、G、Bの可視光による画像であるため、スクリーンに投影されると本来の画像の視認の妨げとなり、煩わしい。

このため、投影されたテストパタンをオートフォーカスや画像歪み補正の処理に利用する場合、入力信号による映像の表示を中止し、スクリーンにテストパタンのみを表示する。

したがって、従来のプロジェクタでは、テストパタンを使用してのオートフォーカスや画像歪み補正を、本来の映像を表示しながら常時行うことは不可能であった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、入力信号による映像を表示しながらも、テストパタンを使用したオートフォーカスや画像歪み補正の処理を常時可能とするプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、不可視光を含む白色光を発する光源と、
前記光源からの光を通し、回転可能に構成されたカラーホイールと、
前記カラーホイールを通過した光により画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段で形成した画像をスクリーンに拡大投影する投影レンズと、
前記スクリーン上に対して前記投影レンズで投影された画像を集光する集光レンズと、
前記集光レンズで集光した画像のうち不可視光のみを通す不可視光透過フィルタと、
前記不可視光透過フィルタを通った不可視光の像を検出する検出手段と、
映像信号に基づいて前記画像形成手段を制御するとともに所定の周期でテストパタン画像を形成するように前記画像形成手段を制御する画像形成手段制御部と、
前記画像形成手段によるテストパタン画像の形成に同期して該テストパタン画像を取得するように前記検出手段を制御する検出手段制御部とを備え、
前記カラーホイールは、赤色光を透過する赤透過部と、青色光を透過する青透過部とを含み、赤透過部または青透過部の少なくとも一方が不可視光も透過することを特徴とする。

上記のとおりの構成では、光源からの白色光が、回転するカラーホイールを通って入射し、画像形成手段が、カラーホイールを通過した光によりカラー画像を形成する。このカラー画像が投影レンズによりスクリーンに投影される。カラーホイールの赤透過部を不可視光も透過する部分とした場合、画像形成手段は、カラーホイールの赤透過部に光源からの光が通過している間にて一瞬だけ、画像形成手段制御部によりテストパタンの画像を形成する。この「一瞬」の間にてスクリーン上に不可視光で、目的の映像とは関係のないテストパタンの画像が投影レンズにより拡大投影される。

スクリーンの、不可視光によるテストパタンの画像はプロジェクタ本体内に集光レンズにより集光し、不可視光透過フィルタにより不可視光のみが透過して検出手段に入る。検出手段制御部は画像形成手段制御部によるテストパタンの画像形成に同期して検出手段を作動する。検出手段により検出したテストパタンの画像を使用してオートフォーカスや画像歪み補正などの処理が実施される。

上記プロジェクタは、前記光源から前記カラーホイールへの光路中に、不可視光を透過しない不可視光除去フィルタが配置され、該不可視光除去フィルタは前記不可視光の波長領域のうちの一部の光を透過する特性を有するものが好ましい。

前記画像形成手段はＤＭＤを適用することができる。

上記プロジェクタは、前記検出手段で検出された不可視光のテストパタン画像に基づいてオートフォーカス処理を実施したり、画像歪み補正処理を実施したりすることが可能である。

前記不可視光は赤外光または紫外光である。

前記検出手段にＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはＰＳＤを使用することができる。

本発明によれば、光源からの光がカラーホイールの、不可視光も透過する赤透過部もしくは青透過部に通過している間にテストパタンの画像をスクリーンに投射して、このテストパタンの画像を検出手段に入力することにより、スクリーン上にカラー映像を映し出しながら、オートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することができる。

さらに、本発明では、カラーホイールの赤透過部または青透過部のいずれかを、不可視光も透過する領域にした。この構成により、従来の、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーホイールを用いたＤＬＰプロジェクタにおいて、カラーホイールを構成する色の数を変えずに３枚の画像（赤外を含む赤（R）の画像、緑（G）の画像、青（B）の画像）を合成して１枚のカラー画像に構成できるので、従来の、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーホイールを用いたＤＬＰプロジェクタと比べても映像輝度をあまり低下させないで済む。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第1の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態によるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す模式図、図２は図１に示したカラーホイールの構成図である。

図１を参照すると、本実施形態のプロジェクタ１１は、白色光を発する高圧水銀ランプなどの光源１と、光源１からの光が入射するカラーホイール２と、カラーホイール２を通った各色光が周期的に入射し、ドットマトリックス方式の画像を形成する画像形成手段であるＤＭＤ３と、ＤＭＤ３を制御するＤＭＤ制御部３１と、ＤＭＤ制御部３１に映像信号を入力する映像入力部９と、ＤＭＤ３で形成した画像をスクリーン５に拡大投影する投影レンズ４と、スクリーン５上に投影された画像を集光する集光レンズ６と、集光レンズ６を通った光のうち赤外光のみを通す赤外光透過フィルタ７と、赤外光透過フィルタ７を通った赤外光の像を撮像する撮像素子８と、ＤＭＤ３によるテストパタンの画像形成に同期して撮像素子８１を制御する撮像素子制御部８１とを備える。

撮像素子８にはＣＣＤ（電荷結合素子:Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳセンサ(相補性金属酸化膜半導体センサ：Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を使用できる。

図示していないが、光源１とカラーホイール２の間、ならびにカラーホイール２とＤＭＤ３の間の光路に収束レンズが配置されている。

スクリーン５はプロジェクタ１１から離れた位置に設置されている。

投影レンズ４および集光レンズ６はスクリーン５に対面する位置に配置される。

カラーホイール２は回転駆動されるディスク形の色フィルタである。

ＤＭＤ３は、数十万〜数百万個敷き詰められた、画像データに基づく入力信号のオン／オフに応じて±１０度に傾くミクロンサイズのマイクロミラーを備えたものである。画像データに基づいて各マイクロミラーがスクリーン５に向けての反射光をスイッチング（オン／オフ）することで、投影画像が形成される。光源からの白色光を、回転するカラーホイール２を通してＤＭＤ３に入射させることで、投影画像はカラーとなる。このとき、一つのマイクロミラーが、投影画像の一画素分を担当し、時分割方式でＲ、Ｇ、Ｂの各色を受け持つ。例えば毎秒６０フレームのカラー画像を表示するため、その３倍の周期でカラーホイール２を回転させ、Ｒ、Ｇ、Ｂを時分割で表示する。すなわち、１／１８０秒単位で、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像をスクリーンに投影する。この場合、実際のカラー合成は人間の脳で処理される。なお、ＤＭＤ３への入力信号となる画像データはパソコンやデジタルビデオ等から出力される。

光源１からの光が横切るカラーホイール２の外周部には、図２に示すように、赤（R）、緑（G）、青（B）の光の三原色のうちの赤（R）を透過するとともに赤外光も透過する、赤外および赤透過部２１と、緑（G）を透過する緑透過部２２と、青（B）を透過する青透過部２３とが同一面積に区分けされている。

次に、本実施形態のプロジェクタの動作を説明する。図４は本実施形態のプロジェクタの特徴部の動作を説明するためのフローチャートである。

ＤＭＤ制御部３１は、映像入力部９から入力された映像信号に基づいてＤＭＤ３のマイクロミラーを制御し、ＤＭＤ３のマイクロミラーの反射光により画像を形成する。

ＤＭＤ３は、上記の画像形成期間内にて、カラーホイール２の赤外および赤透過部２１に光源１からの光が通過している間に一瞬だけ、ＤＭＤ制御部３１によりテストパタンの画像を表示する（図４のステップＳ１）。そして、スクリーン５上に赤および赤外の光で、目的の映像とは関係のないテストパタンの画像が投影レンズ４により拡大投影される。なお、図３に示すように、ＤＭＤ３がテストパタンの画像を表示する「一瞬」の期間は、ＤＭＤ３のマイクロミラーを制御するときの応答速度に準じて約１０μＳである。このため、ＤＭＤ３は、映像１フレームの表示期間（１／６０秒）に１５００回（＝１／６０［ｓ］／１０［μＳ］）のマイクロミラー動作が可能である。カラーホイール２が３分割されていて、カラーホイール２の赤外および赤透過部２１に光が通過する時にＤＭＤ３が１回のマイクロミラー動作でテストパタンの画像を表示するので、テストパタンの画像は赤の表示期間（１／１８０秒）の１／５００以下の期間しかスクリーン５に表示されない。このため、スクリーン５上の可視光の映像はテストパタンの画像にほとんど影響されない。

次に、スクリーン５の、赤および赤外の光によるテストパタンの画像はプロジェクタ１１の本体内に集光レンズ６により集光し、赤外光透過フィルタ７により赤外光のみが透過して撮像素子８に入る。

ＤＭＤ制御部３１はＤＭＤ３にテストパタンの画像を形成させるとともに、テストパタンの画像を形成している間、撮像素子制御部８１を動作する信号を出力する。このため、撮像素子８は、ＤＭＤ３がテストパタンの画像を形成している間だけ、撮像可能になる（図４のステップＳ２）。撮像素子８にＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを使用する場合、ＤＭＤ３によって形成するテストパタンの画像は矩形や格子状、あるいは垂直線と水平線の組み合わせ等によるパターンの画像である。

本実施形態ではテストパタンの検出手段として撮像素子８を使用しているが、本発明はこれに限られず、ＰＳＤ（新型半導体像位置検出素子：Position Sensitive Device）を使用できる。ＰＳＤは素子上に１つの光の点があった場合その位置を電流値として返すことを特徴とするデバイスであるので、ＰＳＤを使用する場合のテストパタンとしては一つの点を使用する。

以上のようにテストパタンをＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはＰＳＤなどの検出手段で検出し、この検出したテストパタンを使用してオートフォーカスや画像歪み補正などの処理が実施される。

オートフォーカスを実施する場合は、例えば撮像素子８で撮像したテストパタンに基づいてスクリーン５までの距離を測距し、その測距データに基づいて投影レンズ４の焦点を調整する（本出願人により出願した特願２００３−３０３８２６号参照）。

また、画像歪み補正を実施する場合は、例えば複数のポイントからなるテストパタンを用い、撮像素子８で撮像したポイントを結ぶ直線と基準線との傾斜角度を、撮像素子８の撮像画面から解析して、その傾斜角度から投影レンズ４の光軸とスクリーン５との傾斜角度を算定し、この算定した傾斜角度に従って出力映像を制御することによりスクリーン５上の画像歪みを補正する（本出願人により出願した特願２００３−１４３５０１号参照）。

本実施形態によれば、カラーホイール２の赤外および赤透過部２１に光源１からの光が通過している間に一瞬だけテストパタンの画像をスクリーン５に表示して、このテストパタンの画像を撮像素子８に入力することにより、スクリーン５上にカラー映像を映し出しながら、オートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することができる。

（第２の実施の形態）
本実施形態では第１の実施の形態とは異なる点について主に説明する。

図５は本発明の第２の実施の形態によるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す模式図、図６は図１に示した赤外光除去フィルタの、光の透過率と波長の関係を示すグラフである。これらの図では第２の実施の形態と同一の構成部品に同一符号を用いた。

本実施形態のプロジェクタでは、図５に示すように光源１からカラーホイール２までの光路に、熱線を除去するために赤外光除去フィルタ１０が配置されている。赤外光除去フィルタ１０は赤外光を透過しないフィルタであるが、赤外光のテストパタンの画像を撮像素子８で撮像するため、図６に示すように赤外の波長領域のうちの一部の光（約９００ｎｍの波長付近の光）を透過する特性をもつ。

本実施形態では、第１の実施の形態とは異なり、熱線が除去されたカラー映像がスクリーンに表示されるため、スクリーン上の映像が長い時間静止画であっても、スクリーン焼けが起きにくい。

以上のように本発明のプロジェクタとしてＤＬＰプロジェクタを例に挙げて説明したが、これ以外に液晶パネルなどのドットマトリックス表示（格子状表示）を使用するプロジェクタに適用することもできる。例えば図１及び図５に示した構成において、ＤＭＤ３を反射式の液晶パネルに代えることで、上記と同様にテストパタンを利用したオートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することが可能である。

また、赤外線のテストパタンを使用する構成例を示したが、スクリーン上の映像の視認を妨げない不可視光を使用すればよく、紫外線でも応用できる。

第１の実施の形態のＤＬＰプロジェクタ（図１）の場合、カラーホイール２の外周部を３分割する領域のうちの、赤外および赤透過部２１を赤透過部に、青透過部２３を紫外および青透過部に代え、赤外光透過フィルタ７を紫外光透過フィルタに代えた構成にすることが考えられる。第２の実施の形態のＤＬＰプロジェクタ（図４）の場合は、このような変更に加え、赤外光除去フィルタ１０を、紫外の波長領域のうちの一部の光を透過する特性をもつ紫外光除去フィルタに代えた構成にする。

本発明の第１の実施の形態によるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す図である。 図１に示したカラーホイールの構成図である。 図１に示したプロジェクタにより投影する映像１フレームを構成する各Ｒ、Ｇ、Ｂの映像成分の表示期間を示す図で、（ａ）は通常時の各色の表示期間、（ｂ）はテストパタン表示時の、赤表示期間中のテストパタン表示期間、（ｃ）は撮像素子の撮影タイミングを示す。 図１に示したプロジェクタの特徴部の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態によるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す図である。 図１に示した赤外光除去フィルタの、光の透過率と波長の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光源
２ カラーホイール
３ ＤＭＤ
４ 投影レンズ
５ スクリーン
６ 集光レンズ
７ 赤外光透過フィルタ
８ 撮像素子
９ 映像入力部
１０ 赤外光除去フィルタ
１１ プロジェクタ
２１ 赤外および赤透過部
２２ 緑透過部
２３ 青透過部
３１ ＤＭＤ制御部
８１ 撮像素子制御部

Claims (7)

1. 不可視光を含む白色光を発する光源と、
   前記光源からの光を通し、回転可能に構成されたカラーホイールと、
   前記カラーホイールを通過した光により画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段で形成した画像をスクリーンに拡大投影する投影レンズと、
   前記スクリーン上に対して前記投影レンズで投影された画像を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズで集光した画像のうち不可視光のみを通す不可視光透過フィルタと、
   前記不可視光透過フィルタを通った不可視光の像を検出する検出手段と、
   映像信号に基づいて前記画像形成手段を制御するとともに所定の周期でテストパタン画像を形成するように前記画像形成手段を制御する画像形成手段制御部と、
   前記画像形成手段によるテストパタン画像の形成に同期して該テストパタン画像を取得するように前記検出手段を制御する検出手段制御部とを備え、
   前記カラーホイールは、赤色光を透過する赤透過部と、青色光を透過する青透過部とを含み、赤透過部または青透過部の少なくとも一方が不可視光も透過する、プロジェクタ。
2. 前記光源から前記カラーホイールへの光路中に、不可視光を透過しない不可視光除去フィルタが配置され、該不可視光除去フィルタは前記不可視光の波長領域のうちの一部の光を透過する特性を有する、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記画像形成手段はＤＭＤである請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記検出手段で検出された不可視光のテストパタン画像に基づいてオートフォーカス処理を実施する、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。
5. 前記検出手段で検出された不可視光のテストパタン画像に基づいて画像歪み補正処理を実施する、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。
6. 前記不可視光は赤外光または紫外光である、請求項１から５のいずれかに記載のプロジェクタ。
7. 前記検出手段にＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはＰＳＤを使用する請求項１から６のいずれかに記載のプロジェクタ。

Images