JPH10200836A

JPH10200836A - 画像投影装置

Info

Publication number: JPH10200836A
Application number: JP9000672A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Fukushima; 一城福島
Original assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Current assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1997-01-07
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】画像投影装置とスクリーンとの位置関係に関係
なく、歪みのない投影像を得ることができる画像投影装
置を提供することを目的とする。【解決手段】基本パターンの画像を発生させる画像発生
手段と、画像発生手段によって発生した画像をスクリー
ンに投影する画像投影手段と、スクリーンに投影された
画像を撮像する撮像手段と、撮像手段によって撮像され
た画像中の基本パターン画像の発生した画像に対する歪
み量を測定する測定手段と、歪み量に応じて画像投影手
段によって投影される画像を補正する画像補正手段とを
備えることを特徴とする画像投影装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報を含むビ
デオ信号による画像を拡大投影する画像投影装置に係
り、特に、投影時における画像の歪みを自動的に補正す
ることができる画像投影装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ビデオ信号を投影するプロジ
ェクタのような画像投影装置において、画像をプロジェ
クタにより拡大投影する場合、歪みのない画像を投影す
るためには、スクリーンなど投影面の法線Ａと、投影レ
ンズの光軸及び液晶パネルなどの投影光学系の光軸Ｂと
が平行になるように、スクリーン及びプロジェクタを設
置する必要がある。

【０００３】即ち、図５に示すように、例えば、プロジ
ェクタ２０によって正方形の画像をスクリーン１に投影
する場合、スクリーン１の法線Ａとプロジェクタ２０の
投影光学系の光軸Ｂが平行である場合（図５（ａ））、
投影される画像は、本来の形状である正方形である（図
５（ｂ））。

【０００４】一方、スクリーン１の法線Ａと投影光学系
の光軸Ｂとが平行でなく、例えば、光軸Ｂが上方を向い
ているような場合（図５（ｃ））、スクリーン１に投影
される形状は、上辺が長く、下辺が短い台形状に変形し
て投影されることとなる（図５（ｄ））。

【０００５】これは、例えば上記図５（ｃ）のような場
合、上記法線Ａと光軸Ｂとが平行でないので、投影光線
のスクリーン１までの到達距離が上方ほど長く、下方ほ
ど短くなり、投影画像の拡大量がスクリーン１の上下方
向の投影位置により異なってしまうからである。

【０００６】このような状態を避けるために、被投影面
の中心に対し、投影レンズの光軸を相対的に上下にシフ
ト移動可能な投影装置などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投影レ
ンズを被投影面の中心に対し相対的に上下にシフト移動
可能な装置の場合、投影レンズのイメージサークルを、
液晶パネルなど被投影面のそれよりも必要以上に大きく
しなければならず、そのため投影レンズが大きくなり装
置も大型化しなければならない。

【０００８】また、様々な制約により、上記した条件を
満足するようにプロジェクタを設置できない場合があ
る。即ち、このような投影装置が設置される場所が制限
されると、投影装置とスクリーンの位置を適切に位置決
めできない場合がある。このようなことから、結局、歪
みのある画像を我慢しながら見なければならないことが
多い。

【０００９】そこで、本発明は、このような状況を鑑み
てなされたもので、画像投影装置とスクリーン１との位
置関係に関係なく、歪みのない投影像を得ることができ
る画像投影装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、基
本パターンの画像を発生させる画像発生手段と、該画像
発生手段によって発生した画像をスクリーンに投影する
画像投影手段と、該スクリーンに投影された画像を撮像
する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像中
の基本パターン画像の前記発生した画像に対する歪み量
を測定する測定手段と、該歪み量に応じて前記画像投影
手段によって投影される画像を補正する画像補正手段と
を備えることを特徴とする画像投影装置を提供すること
により達成される。

【００１１】また、前記基本パターン画像は、上下方向
又は左右方向の少なくとも一方に配置された同一の長さ
の一対の平行線分を含み、前記一対の線分の長さの差
と、前記一対の線分の間隔との比から得られる前記上下
方向又は左右方向の単位間隔当たりの前記歪み量に基づ
いて、前記画像補正手段による補正が行われる。

【００１２】さらに、前記画像発生手段は、前記基本パ
ターンを点滅させて発生させ、前記撮像画像の中の点滅
している画像を前記基本パターンの画像として検出する
検出手段を備えていてもよい。

【００１３】また、前記画像投影手段は、液晶パネル及
び光源を備えており、前記撮像手段は、光電変換を行う
画素からなるイメージセンサであって、その光軸の方向
は可変であることが好ましい。さらに、前記撮像手段の
光軸は、前記スクリーン面又は撮像すべき画像面に垂直
になるように切り替え可能である。

【００１４】また、前記基本パターンは例えば矩形であ
ることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がこの
実施の形態に限定されるものではない。

【００１６】図１は、本発明の実施の形態にかかる画像
投影装置の概略斜視図及びその使用状態を説明するため
の図である。図１においては、ＣＣＤ（電荷結合素子）
カメラ５が、画像投影装置本体２０から延びるアーム２
１に取り付けられて、スクリーン１及びステージ６の方
向へ向けられるそれぞれ位置Ａ及び位置Ｂとの間を回動
可能である。このＣＣＤカメラ５は、それに取り付けら
れる撮像レンズ４の焦点位置に光電変換画素が面状に配
置されたＣＣＤエリアイメージセンサを備えている。ま
た、ＣＣＤエリアイメージセンサに代わって、光電変換
画素が線状に配置されたＣＣＤリニアイメージセンサを
用いることもできる。

【００１７】ステージ６には、例えば原稿のような撮影
対象物が置かれ、位置Ｂに配置されたＣＣＤカメラ５に
よって撮像される。この撮像された画像が、投影レンズ
３を通じてスクリーン１に投影される。このとき、例え
ば、図５（ｃ）に示すように、画像投影装置本体２０が
上方を向いていてスクリーン１の法線Ａと投影レンズ３
の光軸Ｂとが平行でないような場合、上述のように、投
影される画像２に歪みが生じる。

【００１８】そこで、本発明においては、以下に説明す
るような原理に基づいて画像の歪みを補正する。図２
は、本発明の原理を説明するための図である。

【００１９】図２（ａ）に示すように、投影レンズ３か
らなる投影光学系によってスクリーンに投影された画像
を撮像レンズ４及びＣＣＤカメラ５からなる撮像光学系
によって撮像する。

【００２０】このとき、この撮像光学系の光軸Ｃをスク
リーン１の法線Ａと平行にする必要がある。撮像光学系
の光軸Ｃとスクリーン１の法線Ａとが平行でなければ、
撮像光学系によって、スクリーン１に歪められて投影さ
れた画像を再度歪めて撮像してしまうからである。

【００２１】ただし、撮像光学系の光軸Ｃとスクリーン
１の法線Ａを完全に平行にすることが困難な場合におい
ては、完全に平行でなくとも、投影光学系の光軸Ｂがス
クリーン１の法線Ａとなす角より、撮像光学系の光軸Ｃ
が法線Ａとなす角が小さければ、後述する補正手段によ
って、一定の補正効果を得ることができる。

【００２２】次に、このようにして撮像された歪んだ画
像（例えば図５（ｄ）のような台形）を、元の画像（正
方形）と比較する。そして、その歪んだ画像の元の画像
に対する歪み量を測定し、歪み量に応じて元の画像を補
正し、その補正された画像を投影する。

【００２３】具体的には、以下のような方法による。例
えば、スクリーン１に投影レンズ３の光軸Ｂを中心とし
た正方形のような単純な図形の画像を投影する。投影レ
ンズ３の光軸Ｂに対してスクリーン１が上方にあって、
その光軸Ｂとスクリーン１の法線Ａとが平行でない場
合、上記正方形の画像は、上述したように上辺が下辺よ
り長い台形状となる。

【００２４】即ち、スクリーン１と投影レンズ３の上下
方向のずれは、光軸Ｂより上側の正方形の上辺と、光軸
Ｂより下側の正方形の下辺の長さの差として現れる。そ
して、光軸Ｂの上側と下側における投影光線のスクリー
ン１までの到達距離の差は、上方又は下方にいくほどほ
ど大きくなり、画像の上端と下端とでの差が最も大きく
なる。

【００２５】従って、上下方向のずれに対しては、上辺
と下辺の長さの差とこの上辺及び下辺の間隔との比から
上下方向における単位間隔当たりの変化量を求めること
ができる。さらに、所定の基準長さのある位置（例え
ば、正方形の下辺のある位置又は正方形の中心を横切る
線分を含む位置）からの距離によって、所定の基準長さ
に対する上下方向の各位置（走査線）の長さの変化量即
ち歪み量を求めることができる。

【００２６】一方、スクリーン１が投影レンズ３の光軸
に対して左右にずれる場合もある。この場合は、上述と
同様に正方形の左辺と右辺の長さに差が生じ、その差を
比較することにより、左右方向の歪み量を測定すること
ができる。

【００２７】従って、テストパターン２の形状は、上下
方向のみの歪み量を測定する場合は、正方形のような矩
形である必要はなく、上下に並べられた同一の長さを有
する２本の線分であればよく、左右方向のみの場合は、
左右に並べられた同一の長さを有する２本の線分であれ
ば足りる。また、上下方向及び左右方向両方の歪み量を
測定する場合、上辺と下辺及び左辺と右辺のそれぞれの
長さが等しいことがテストパターン２の形状の条件とな
るので、その形状は、特に正方形に限られず、長方形な
どであってもよく、また、２対の線分がそれぞれ別々に
並べられいてもよい。

【００２８】上述のようにして得られた歪み量から、例
えば、線形補間法などにより補正画像データを求める。

【００２９】そして、例えば、図２（ｂ）に示すよう
に、投影したときに、画像が正方形になるような図５
（ｄ）の台形と逆の台形の画像を被投影面に写し出し、
それをスクリーン１に投影する。このように、あらかじ
め投影される画像の歪み量を測定し、その歪み量に応じ
て補正された画像を投影することにより、歪みのない画
像を投影することができる。

【００３０】図３は本発明の画像投影装置のブロック構
成図である。まず、ＣＣＤカメラ５を、図１に示す位置
Ａの方に回動し、図２に示すような撮像レンズ４の光軸
Ｃとスクリーン１の法線Ａとが平行になるように配置す
る。このような状態において、切り替えスイッチ１７に
よってパターン発生回路１８の出力を選択し、補正デー
タを得るためのテストパターン２を発生させる。

【００３１】パターン発生回路１８は、例えば上下方向
の補正量を容易に計算できる簡易な図形、例えば、矩形
（正方形を含む）のような図形の画像データを発生させ
る回路である。

【００３２】発生したテストパターン２は、無処理で後
述する歪み補正回路１６を通過し、Ｄ／Ａ変換回路１５
を経由して、ＬＣＤ（液晶表示装置）駆動回路１４によ
って液晶パネル７に出力表示される。さらに、テストパ
ターン２は投影レンズ３及び光源８によりスクリーン１
に投影される。

【００３３】このとき、スクリーン１が投影レンズ３よ
り上方に位置していると、上述のように例えば正方形の
テストパターン２である画像は図５（ｄ）のような台形
状に変形してスクリーン１に投影される。

【００３４】次に、スクリーン１に向けられたＣＣＤカ
メラ５に備えられたＣＣＤエリアイメージセンサ５ａに
よって、変形したテストパターン２の画像を撮影する。
撮像された画像信号は、ＣＣＤ読み出し回路９を経由し
て、Ａ／Ｄ変換回路１０によりデジタル信号に変換さ
れ、パターン抽出回路１１に入力される。

【００３５】パターン抽出回路１１では、上記デジタル
信号に含まれるテストパターン２のみの画像データを抽
出するための画像処理が行われる。具体的には、テスト
パターン２の画像以外の背景画像を除去するため、例え
ば、テストパターン２を点滅させて発生させ、テストパ
ターン２の点灯時の画像データとテストパターン２の消
灯時の画像データを差分することでテストパターン２の
みの画像データを抽出する。

【００３６】そして、抽出されたテストパターン２の画
像データの歪み量及びその歪みを補正するための補正量
を上記本発明の原理に基づいてＣＰＵ１３によって演算
し、その歪み補正データをメモリ１２に記憶する。

【００３７】メモリ１２に補正量を記憶した後、ＣＣＤ
カメラ５を図１の位置Ｂに配置し、ステージ６上に置か
れた撮像対象物を実際にスクリーン１に投影したい撮像
対象物をＣＣＤカメラ５により撮影する。又は、ビデオ
入力端子のような切り替えスイッチ１９を切り替えるこ
とによって、ステージ６上の撮像対象物の画像のみなら
ず、外部からのビデオ信号の画像データを入力すること
ができる。

【００３８】次に、ＣＣＤエリアイメージセンサ５ａに
よって撮像された画像データ又は切り替えスイッチ１９
により外部から入力された画像データは、Ａ／Ｄ変換回
路１０によりデジタル信号に変換される。このとき、切
り替えスイッチ１７は、Ａ／Ｄ変換回路１０からのデジ
タル信号を選択するように切り替えられ、デジタル信号
は歪み補正回路１６に入力される。

【００３９】歪み補正回路１６では、メモリ１２に記憶
された上記補正データが読み出され、該補正データに基
づいて、デジタル信号である画像データが補正される。
補正された画像データは、Ｄ／Ａ変換回路１５によりア
ナログ信号に変換され、ＬＣＤ駆動回路１４により液晶
パネル７に出力表示される。補正された画像は、例え
ば、図５（ｄ）に示すような上辺が短く且つ下辺が長
い、上記と逆の形状の台形が表示される。このような図
形を、投影レンズ３及び光源８によって投影することに
よって、スクリーン１上では、歪みのない正方形の画像
として投影されることとなる。

【００４０】図４は本実施の形態の実行するためのフロ
ーチャートである。まず、画像投影装置とスクリーン１
との位置関係によって画像の補正量は異なるので、補正
データ用記憶メモリ１２に記憶されているデータをあら
かじめ消去しておく（ステップＳ１）。そして、画像投
影装置がある位置に設置され、それが投影画像の歪みを
生じさせるような位置決めであるか否かによって、撮像
対象物の投影前に、歪みの補正を行うか否かを決定する
（ステップＳ２）。

【００４１】歪みの補正を行う場合は、撮像レンズ４を
スクリーン１の方向へ向け、スクリーン１の法線Ａと撮
像レンズの光軸Ｃとを平行にする（ステップＳ３）。次
に、パターン発生回路１８によって、所定のパターンを
発生させ、それをスクリーン１に投影する（ステップＳ
４）。そして、投影された画像を撮像レンズ４を通して
ＣＣＤカメラ５で撮像する（ステップＳ５）。

【００４２】撮像されたテストパターンは、パターン抽
出回路１１によって抽出される（ステップＳ６）。さら
に、ＣＰＵ１３によって、抽出された画像と元のパター
ンとを比較することによる歪み量及びそれに基づいた歪
み補正データの演算が行われる（ステップＳ７）。そし
て、求められた補正データは、メモリ１２に記憶される
（ステップＳ８）。

【００４３】このようにして補正データが得られた後、
又は、ステップＳ２における補正をする必要がない場
合、撮像レンズ４をステージ６上の撮像対象物に向け
（ステップＳ９）、撮像対象物を撮像する（ステップＳ
１０）。そして、撮像された画像の歪みを得られた補正
データに基づいて、歪み補正回路１６によって補正し
（ステップＳ１１）、補正された画像を被投影面である
液晶パネル７に表示させる。その表示された補正画像
は、光源８によって照射され、投影レンズ３を通してス
クリーン１に投影される（ステップＳ１２）。

【００４４】

【発明の効果】上記説明したとおり、本発明によれば、
テストパターンを投影し、その投影画像の歪み量をあら
かじめ測定し、その補正データを記憶させることによ
り、撮像された画像を投影するときに、歪みのない画像
を投影することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる画像投影装置の概
略斜視図及びその使用状態を説明するための図である。

【図２】本発明の原理を説明するための図である。

【図３】本発明の画像投影装置のブロック構成図であ
る。

【図４】本発明の画像投影装置の実行フローチャートで
ある。

【図５】投影画像の歪みを説明するための図である。

【符号の説明】

１スクリーン２テストパターン５ＣＣＤカメラ６ステージ７液晶パネル８光源１１パターン抽出回路１３ＣＰＵ１６歪み補正回路１８パターン発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本パターンの画像を発生させる画像発生
手段と、該画像発生手段によって発生した画像をスクリーンに投
影する画像投影手段と、該スクリーンに投影された画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像中の基本パターン画
像の前記発生した画像に対する歪み量を測定する測定手
段と、該歪み量に応じて前記画像投影手段によって投影される
画像を補正する画像補正手段とを備えることを特徴とす
る画像投影装置。
【請求項２】前記基本パターン画像は、上下方向又は左
右方向の少なくとも一方に配置された同一の長さの一対
の平行線分を含み、前記一対の線分の長さの差と、前記一対の線分の間隔と
の比から得られる前記上下方向又は左右方向の単位間隔
当たりの前記歪み量に基づいて、前記画像補正手段によ
る補正が行われることを特徴とする請求項１に記載の画
像投影装置。
【請求項３】前記画像発生手段は、前記基本パターンを
点滅させて発生させ、前記撮像画像の中の点滅している
画像を前記基本パターンの画像として検出する検出手段
を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
画像投影装置。
【請求項４】前記撮像手段の光軸の方向は可変であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３に記載の画像投影装置。
【請求項５】前記画像投影手段は、液晶パネル及び光源
を備えていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の
画像投影装置。
【請求項６】前記撮像手段は、光電変換を行う画素から
なるイメージセンサであることを特徴とする請求項１乃
至３に記載の画像投影装置。
【請求項７】前記撮像手段は、その光軸が前記スクリー
ン面又は撮像すべき画像面に垂直になるように切り替え
可能であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の画
像投影装置。
【請求項８】前記基本パターンは矩形であることを特徴
とする請求項１乃至３に記載の画像投影装置。
【請求項９】基本パターンの画像をスクリーンに投影
し、投影された画像をスクリーンの法線とほぼ平行な光軸で
撮像し、撮像された画像から前記基本パターンの画像を検出し、該検出された画像と前記基本パターンの画像との歪み量
を測定し、該歪み量に基づいて前記スクリーンに投影される画像の
歪みを補正することを特徴とする投影画像歪み補正方
法。