JP7127459B2 - 画像投影装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像投影装置及びその制御方法に関する。

従来、投影光学系を光軸に直交する方向に移動させることにより、スクリーン上における画像の投影領域の位置を調整可能とするレンズシフト機能を有する画像投影装置が知られている。

このような画像投影装置では、ユーザは、操作部の操作により、投影領域の移動が許容される範囲（以下、移動許容範囲という。）内において、投影領域の形状を歪めることなく、投影領域を移動させることができる。

しかし、ユーザは、現在設定されている投影領域が移動許容範囲内のどの位置にあるのかを把握することが困難であった。そこで、投影領域と移動許容範囲との位置関係を表す画像を生成し、オンスクリーンディスプレイ（ＯＳＤ）表示等によって表示することが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の装置によれば、ユーザは、移動許容範囲に対する投影領域の相対的な位置を把握することが可能であるが、実際に投影領域をスクリーン上のどこまで移動させることが可能であるかについて把握することができない。

開示の技術は、上記事情に鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、投影領域の実際の移動許容量をスクリーン上で認識可能とすることを目的とする。

開示の技術は、光源からの光を画像データに応じて変調して光学像を生成する光変調素子と、前記光学像を投影画像としてスクリーンに投影する投影光学系と、前記光変調素子と前記投影光学系との相対位置を変更することにより、前記投影画像の位置を移動させる移動機構と、前記移動機構による前記投影画像の移動量を検出する移動量検出部と、前記スクリーンまでの投影距離に基づいて前記スクリーン上における前記投影画像の大きさを算出する投影領域算出部と、前記投影画像の大きさと、前記投影画像の前記移動量によって定まる位置とに基づいて前記スクリーン上における前記投影画像の移動許容量を算出する移動許容量算出部と、前記画像データに前記移動許容量を表す情報画像を重畳させる画像重畳処理部と、を有する画像投影装置。

投影領域の実際の移動許容量をスクリーン上で認識することができる。

第１実施形態におけるプロジェクタを例示する斜視図である。 第１実施形態におけるプロジェクタの機能構成を例示するブロック図である。 投影領域の移動許容範囲を例示する図である。 制御部に構成される機能を示すブロック図である。 情報画像を例示する図である。 プロジェクタの動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態におけるプロジェクタの内部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係る画像投影装置ついて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態におけるプロジェクタ１を例示する斜視図である。プロジェクタ１は、画像投影装置の一例であり、筐体の外部には、出射窓３、操作パネル７、外部Ｉ／Ｆ９等が設けられている。

プロジェクタ１は、例えば外部Ｉ／Ｆ９に接続されるパソコンやデジタルカメラ等の外部機器から画像データを受信すると、画像データに基づいて投影画像Ｐを生成し、図１に示されるように出射窓３からスクリーン（投影面）ＳＣに投影する。

操作パネル７は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等を含み、例えばプロジェクタ１の上面に設けられている。操作パネル７は、例えば、ズーム調整、レンズシフト調整、フォーカス調整、メニュー表示のオン／オフ等の操作を受け付ける。操作パネル７は、受け付けた操作に応じた操作信号を生成して、制御部４０（図２参照）に入力する。

また、プロジェクタ１は、リモコン５（図２参照）により遠隔操作が可能である。リモコン５は、スイッチやボタンを有し、ユーザによるスイッチやボタンの操作に応じて赤外線信号を発する。

ズーム調整操作は、投影画像Ｐの大きさ（投影倍率）を調整する場合に行われる。レンズシフト調整操作は、例えばプロジェクタ１の設置後に、スクリーンＳＣ上における投影画像Ｐの位置を上下又は左右に移動させる場合に行われる。メニュー表示は、ＯＳＤ表示により行うことが可能とされている。

外部Ｉ／Ｆ９は、パソコンやデジタルカメラ等の外部機器に接続される接続端子（映像入力端子）を有する。

なお、以下に示す図面において、Ｘ方向はプロジェクタ１の幅方向、Ｙ方向はプロジェクタ１の高さ方向、Ｚ方向はプロジェクタ１の奥行き方向を表す。すなわち、Ｘ方向はスクリーンＳＣの水平方向（左右方向）である。Ｙ方向はスクリーンＳＣの垂直方向（上下方向）である。

［内部構成］
図２は、プロジェクタ１の内部構成を示すブロック図である。

図２に示すように、プロジェクタ１は、光学像生成部１０と、投影光学系２０と、画像処理部３０と、ＯＳＤ処理部３１と、画像制御部３２と、制御部４０とを有する。光学像生成部１０は、光源１１と、照明光学系１２と、光変調素子１３とを含み、画像データに対応する光学像を生成する。

光源１１は、ランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、半導体レーザ等の固体光源等の画像投影用の光源であり、制御部４０により制御される。制御部４０は、光源１１の明るさ、点灯／消灯等の制御を行う。

照明光学系１２は、カラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を含む。例えば、カラーホイールは、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等の３色に色分けされた円板状の回転体であり、光源１１からの光を透過させることにより色づけを行う。照明光学系１２は、透過光を光変調素子１３に照明する。

光変調素子１３は、照明光学系１２により照明される光を、画像制御部３２の制御に基づいて変調し、光学像を生成する。光変調素子１３は、生成した光学像を投影光学系２０に入射させる。例えば、光変調素子１３は、多数の可動式の微小鏡面（マイクロミラー）が平面状に配列されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の画像形成素子である。なお、光変調素子１３は、透過型の液晶装置を用いたものであってもよく、また、反射型の液晶装置を用いたものであってもよい。

投影光学系２０は、複数の投影レンズ、ミラー等を有し、光学像生成部１０の光変調素子１３から入射した光学像を拡大して、投影画像ＰとしてスクリーンＳＣに投影する。

画像処理部３０は、制御部４０の制御に基づき、外部Ｉ／Ｆ９から入力される画像データに対して、明るさ、コントラスト、シャープネス、色合い等の画像処理を施す。画像処理部３０は、画像処理を施した画像データをＯＳＤ処理部３１に入力する。

ＯＳＤ処理部３１は、制御部４０の制御に基づき、メニュー画面やメッセージ画面等のＯＳＤ画像を、画像処理部３０から入力される画像データに重畳する処理を行う画像重畳処理部である。ＯＳＤ処理部３１は、メモリを備えており、ＯＳＤ画像を形成するための図形やフォント等を表すＯＳＤ画像データを記憶している。なお、ＯＳＤ処理部３１は、制御部４０からＯＳＤ画像を重畳する旨の指示がない場合には、画像処理部３０から入力される画像データをそのまま画像制御部３２に出力する。

画像制御部３２は、ＯＳＤ処理部３１から入力される画像データに基づいて光変調素子１３を制御する。例えば、光変調素子１３がＤＭＤである場合には、画像制御部３２は、画像データに基づいて各マイクロミラーの傾斜角度を制御する。光変調素子１３は、光源１１から照明光学系１２を介して入射する光を、各マイクロミラーにより変調して光学像を生成する。

投影光学系２０は、例えば、複数の投影レンズ、ミラー等を有する。投影光学系２０は、光学像生成部１０の光変調素子１３によって生成される光学像を拡大して、投影画像ＰとしてスクリーンＳＣに投影する。

投影光学系２０は、ズームレンズ２０ａを有しており、ズーム状態を変更することで投影倍率を変更可能としている。また、投影光学系２０には、フォーカスレンズも設けられており、フォーカス調整が可能とされている。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）等を有する。制御部４０は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、プロジェクタ１の動作を統括的に制御する。

また、プロジェクタ１は、ズーム機構３３と、ズーム制御部３４と、レンズシフト機構３５と、レンズシフト制御部３６と、測距部３７と、リモコン受光部３８とを有する。

ズーム機構３３は、モータ、ギヤ等により構成されている。ズーム機構３３は、ズーム制御部３４による制御に基づいて、ズームレンズ２０ａを駆動して移動させる。また、ズーム機構３３は、ズームレンズ２０ａの位置をズーム量（投影倍率）として検出し、その検出値をズーム制御部３４に入力する。エンコーダ等を用いてズームレンズ２０ａの位置を検出することにより、ズーム量を検出することが可能である。なお、ズーム機構３３をステッピングモータとし、ステップ数をカウントすることによりズーム量を検出することも可能である。

ズーム制御部３４は、制御部４０の指示に基づいて、ズーム機構３３を制御してズームレンズ２０ａを移動させることによりズーム調整を行う。また、ズーム制御部３４は、ズーム機構３３からズーム量を検出して制御部４０に入力する。

レンズシフト機構３５は、モータ、ギヤ等により構成され、投影光学系２０を移動させる移動機構である。レンズシフト機構３５は、レンズシフト制御部３６による制御に基づいて、投影光学系２０を光軸ＡＸに直交する方向に移動させ、スクリーンＳＣ上における投影画像Ｐの位置を上下又は左右に移動させる。

また、レンズシフト制御部３６は、投影光学系２０の位置をレンズシフト量として検出し、その検出値を制御部４０に入力する。エンコーダ等を用いて投影光学系２０の位置を検出することにより、レンズシフト量を検出することが可能である。なお、レンズシフト機構３５をステッピングモータとし、ステップ数をカウントすることによりレンズシフト量を検出することも可能である。

レンズシフト制御部３６は、制御部４０の指示に基づいて、レンズシフト機構３５を制御して投影光学系２０を移動させることによりレンズシフト調整を行う。また、レンズシフト制御部３６は、レンズシフト機構３５からレンズシフト量を検出して制御部４０に入力する。

測距部３７は、例えば、赤外ＬＥＤ等の発光素子、及び受光素子を有する。測距部３７は、制御部４０の指示に基づいて、発光素子から光をスクリーンＳＣに向けて射出し、スクリーンＳＣからの反射光を受光素子により受光する。受光素子は、例えば、ＰＳＤ（Position sensitive Detector）である。測距部３７は、受光素子の受光面上における反射光の受光位置に基づいて、プロジェクタ１の出射窓３からスクリーンＳＣまでの距離、すなわち投影距離Ｌを計測し、計測値を制御部４０に入力する。

なお、測距部３７は、発光素子から射出された光が、スクリーンＳＣにより反射されて受光素子で受光されるまでに要した時間に基づいて投影距離Ｌを計測するものであってもよい。

リモコン受光部３８は、リモコン５が発する赤外線信号を受光して、デコードすることにより、操作内容を示す操作信号を生成して制御部４０に入力する。

制御部４０は、操作パネル７又はリモコン受光部３８から入力される操作信号に基づいて各部の動作を制御する。

［投影領域の移動許容範囲］
次に、投影領域の移動許容範囲について説明する。

図３は、スクリーンＳＣ上において投影画像Ｐが投影される投影領域ＰＲと、レンズシフト調整により移動する投影領域ＰＲの移動許容範囲ＭＲとの関係を例示する図である。

投影領域ＰＲは、矩形状である。投影領域ＰＲの水平方向（Ｘ方向）への長さを幅Ｈ、垂直方向（Ｙ方向）への長さを高さＶという。幅Ｈと高さＶとの比率は、操作パネル７又はリモコン５によるアスペクト比の設定値に依存する。

図３は、ズーム調整及びレンズシフト調整が行われていない状態における投影領域ＰＲと移動許容範囲ＭＲとの関係を示す。投影領域ＰＲ及び移動許容範囲ＭＲの大きさは、ズーム調整によるズーム量（投影倍率）及び投影距離Ｌに応じて変化する。また、移動許容範囲ＭＲ内における投影領域ＰＲの位置は、レンズシフト調整によるレンズシフト量に応じて変化する。

投影領域ＰＲは、移動許容範囲ＭＲで移動可能である。ＨＳ_＋，ＨＳ_ー，ＶＳ_＋，ＶＳ_ーは、現在の投影領域ＰＲの位置からの移動許容量を表す。具体的には、ＨＳ_＋は、右方向（＋Ｘ方向）への移動許容量を表す。ＨＳ_ーは、左方向（－Ｘ方向）への移動許容量を表す。ＶＳ_＋は、上方向（＋Ｙ方向）への移動許容量を表す。ＶＳ_ーは、下方向（－Ｙ方向）への移動許容量を表す。

なお、移動許容範囲ＭＲの形状は、矩形状には限られず、レンズシフト機構３５の構成に依存して他の形状でもあり得る。

［制御部の機能］
次に、制御部４０に構成される機能について説明する。

図４は、制御部４０に構成される機能を示すブロック図である。制御部４０は、アスペクト比算出部４１と、投影倍率取得部４２と、投影距離取得部４３と、レンズシフト量取得部４４と、投影領域算出部４５と、移動許容量算出部４６と、情報画像生成部４７とを有する。制御部４０は、ＣＰＵが、ＲＯＭからプログラムを読み込み、読み込んだプログラムに基づいた処理を行うことにより、各機能部を実現する。

アスペクト比算出部４１は、外部Ｉ／Ｆ９から入力される画像データのアスペクト比と、操作パネル７やリモコン５により設定される画面のアスペクト比に基づいて、投影領域ＰＲのアスペクト比（Ｈ：Ｖ）を算出する。

投影倍率取得部４２は、前述のズーム制御部３４により検出される投影倍率を取得する。なお、投影倍率取得部４２は、操作パネル７やリモコン５等の操作部により操作されるズーム操作量に基づいて投影倍率を取得してもよい。

投影距離取得部４３は、測距部３７により検出される投影距離Ｌを取得する。なお、操作パネル７やリモコン５等の操作部によりユーザが投影距離Ｌを設定することを可能とし、投影距離取得部４３が操作部により設定された投影距離Ｌを取得するように構成してもよい。

レンズシフト量取得部４４は、レンズシフト制御部３６により検出されるレンズシフト量を取得する。なお、レンズシフト量取得部４４は、操作パネル７やリモコン５等の操作部により設定されるレンズシフト量を取得してもよい。操作部によるレンズシフト調整は、±Ｘ方向及び±Ｙ方向にそれぞれ可能であり、レンズシフト量は、±Ｘ方向及び±Ｙ方向への成分を有する。レンズシフト量取得部４４は、投影画像Ｐの移動量（レンズシフト量に対応）を検出する移動量検出部として機能する。

投影領域算出部４５は、アスペクト比算出部４１により得られるアスペクト比と、投影倍率取得部４２により得られる投影倍率と、投影距離取得部４３により得られる投影距離Ｌとに基づいて、スクリーンＳＣ上における投影領域ＰＲの形状及び大きさを算出する。

移動許容量算出部４６は、投影領域算出部４５により算出される投影領域ＰＲの形状及び大きさと、レンズシフト量取得部４４により得られるレンズシフト量により決まる投影領域ＰＲの位置と、投影倍率及び投影距離により決まる移動許容範囲ＭＲとに基づき、スクリーンＳＣ上における投影領域ＰＲの移動許容量ＨＳ_＋，ＨＳ_ー，ＶＳ_＋，ＶＳ_ーを算出する。

なお、移動許容量算出部４６は、必ずしも移動許容範囲ＭＲの大きさを算出する必要はなく、投影領域ＰＲの初期位置からの移動許容量と投影領域ＰＲの大きさとの割合を予め保持しておき、この割合に投影倍率や投影距離を適用して、スクリーンＳＣ上における投影領域ＰＲの移動許容量を算出してもよい。

情報画像生成部４７は、投影領域算出部４５により算出される投影領域ＰＲの形状及び大きさと、移動許容量算出部４６により算出された移動許容量とに基づき、図５に例示する情報画像５０を生成する。情報画像５０は、投影領域ＰＲと移動許容範囲ＭＲとの位置関係と、スクリーンＳＣ上における投影領域ＰＲの移動許容量の実際の大きさを示す画像である。情報画像は、少なくとも当該移動許容量を表す画像であればよい。

情報画像生成部４７により生成された情報画像５０は、画像重畳処理部としてのＯＳＤ処理部３１に入力されて、ＯＳＤ画像として画像データに重畳される。これにより、情報画像５０は、単独、又は投影画像Ｐに重畳されてスクリーンＳＣに投影（すなわちＯＳＤ表示）される。

なお、情報画像５０は、図５に示す形態に限られず、投影領域ＰＲと移動許容範囲ＭＲとの位置関係と、スクリーンＳＣ上における移動許容量の実際の大きさを表すことを可能とする形態であればよい。

［レンズシフト調整動作］
次に、プロジェクタ１のレンズシフト調整に関する動作について説明する。

図６は、プロジェクタ１の動作を説明するフローチャートである。プロジェクタ１が起動して投影画像ＰをスクリーンＳＣに投影している状態において、ユーザによる操作部の操作によりレンズシフト調整が行われると、制御部４０は、当該レンズシフト調整操作に対応する操作信号を取得する（ステップＳ１０１）。

制御部４０は、操作信号に基づいてレンズシフト制御部３６に指示を与え、投影領域ＰＲを移動させるレンズシフト調整動作を行わせる（ステップＳ１０２）。このとき、制御部４０は、現在の投影倍率、投影距離Ｌ、レンズシフト量の値を取得し、前述の情報画像５０を生成する（ステップＳ１０３）。そして、制御部４０は、ＯＳＤ処理部３１に指示を与え、情報画像５０を画像データに重畳させることにより、情報画像５０をＯＳＤ表示させる（ステップＳ１０４）。ユーザは、スクリーンＳＣに投影された情報画像５０のＯＳＤ表示を確認しながら、操作部によりさらにレンズシフト調整を行うことができる。

次に、制御部４０は、調整操作が終了されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。調整操作が終了されていなければ（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、制御部４０は、処理をステップＳ１０１に戻して、再び操作信号の取得を行う。一方、調整操作が終了されていれば（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＯＳＤ処理部３１に指示を与え、情報画像５０のＯＳＤ表示を終了する（ステップＳ１０６）。

［効果］
上記実施形態のプロジェクタ１によれば、ユーザは、投影領域ＰＲの位置調整を行う際に、ＯＳＤ表示された情報画像５０を確認することにより、投影領域ＰＲの実際の移動許容量をスクリーンＳＣ上で認識することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る画像投影装置ついて説明する。

第１実施形態では、投影光学系２０を移動させることにより投影画像Ｐの位置調整を可能としているが、第２実施形態では、画像形成素子としての光変調素子１３を移動させることにより投影画像Ｐの位置調整を可能とする。

図７は、第２実施形態に係るプロジェクタ１ａの内部構成を示すブロック図である。図７に示すように、プロジェクタ１ａは、レンズシフト機構３５に代えて、光変調素子１３を移動させる移動機構として可動ユニット６０を設けたこと以外、第１実施形態のプロジェクタ１と同様の構成である。

可動ユニット６０は、光変調素子１３を移動可能に支持している。可動ユニット６０は、特開２０１６－８５３６３号公報に開示された可動ユニットと同様の構成である。本実施形態では、レンズシフト制御部３６は、可動ユニット６０の動作を制御する。可動ユニット６０が、光変調素子１３を投影光学系２０の光軸ＡＸに対して移動させることにより、スクリーンＳＣ上における投影領域ＰＲの位置が移動する。

光変調素子１３を移動させる動作は、光変調素子１３に対する投影光学系２０の相対位置を変更する動作であるので、レンズシフト動作と言える。

本実施形態は、投影光学系２０に代えて光変調素子１３を移動させること以外について、第１実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。

移動機構は、第１及び第２実施形態に例示するものに限られず、光変調素子１３と投影光学系２０の相対位置を変更可能とするものであればよい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１，１ａ プロジェクタ
３ 出射窓
５ リモコン（操作部）
７ 操作パネル（操作部）
１０ 光学像生成部
１１ 光源
１２ 照明光学系
１３ 光変調素子
２０ 投影光学系
２０ａ ズームレンズ
３０ 画像処理部
３１ ＯＳＤ処理部（画像重畳処理部）
３２ 画像制御部
３３ ズーム機構
３４ ズーム制御部
３５ レンズシフト機構（移動機構）
３６ レンズシフト制御部
３７ 測距部
３８ リモコン受光部
４０ 制御部
４１ アスペクト比算出部
４２ 投影倍率取得部
４３ 投影距離取得部
４４ レンズシフト量取得部（移動量検出部）
４５ 投影領域算出部
４６ 移動許容量算出部
４７ 情報画像生成部
５０ 情報画像
６０ 可動ユニット（移動機構）

特開２０１３－１０９１８５号公報

Claims (7)

1. 光源からの光を画像データに応じて変調して光学像を生成する光変調素子と、
   前記光学像を投影画像としてスクリーンに投影する投影光学系と、
   前記光変調素子と前記投影光学系との相対位置を変更することにより、前記投影画像の位置を移動させる移動機構と、
   前記移動機構による前記投影画像の移動量を検出する移動量検出部と、
   前記スクリーンまでの投影距離に基づいて前記スクリーン上における前記投影画像の大きさを算出する投影領域算出部と、
   前記投影画像の大きさと、前記投影画像の前記移動量によって定まる位置とに基づいて前記スクリーン上における前記投影画像の移動許容量を算出する移動許容量算出部と、
   前記画像データに前記移動許容量を表す情報画像を重畳させる画像重畳処理部と、
   を有する画像投影装置。
2. 前記投影距離を計測する測距部を有し、
   前記投影領域算出部は、前記測距部により計測された前記投影距離に基づいて前記投影画像の大きさを算出する請求項１に記載の画像投影装置。
3. ユーザにより操作される操作部を有し、
   前記投影領域算出部は、前記操作部により設定された前記投影距離に基づいて前記投影画像の大きさを算出する請求項１に記載の画像投影装置。
4. 前記投影画像の投影倍率を変更するズーム機構を有し、
   前記投影領域算出部は、前記投影倍率と前記投影距離とに基づいて前記投影画像の大きさを算出する請求項１ないし３いずれか１項に記載の画像投影装置。
5. 前記投影画像のアスペクト比を算出するアスペクト比算出部を有し、
   前記投影領域算出部は、前記アスペクト比と前記投影距離とに基づいて前記投影画像の形状及び大きさを算出し、
   前記移動許容量算出部は、前記投影画像の形状、大きさ、及び位置に基づいて前記移動許容量を算出する請求項１ないし４いずれか１項に記載の画像投影装置。
6. 前記移動機構は、前記投影光学系を光軸に直交する方向に移動させる請求項１ないし５いずれか１項に記載の画像投影装置。
7. 光源からの光を画像データに応じて変調して光学像を生成する光変調素子と、
   前記光学像を投影画像としてスクリーンに投影する投影光学系と、
   前記光変調素子と前記投影光学系との相対位置を変更することにより、前記投影画像の位置を移動させる移動機構と、
   を有する画像投影装置の制御方法において、
   前記スクリーンまでの投影距離に基づいて前記スクリーン上における前記投影画像の大きさを算出し、前記投影画像の大きさと位置とに基づいて前記スクリーン上における前記投影画像の移動許容量を算出し、前記画像データに前記移動許容量を表す情報画像を重畳させる制御を行う画像投影装置の制御方法。

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