CN101390406A - 图像显示装置及其图像失真校正方法 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置包括接收图像信号并且投影图像光的投影机2和包括任意形状的投影平面的屏幕。投影机2和屏幕1由连接机构3a至3c和连接机构3b和3d连接。投影机2和屏幕1之间的相对位置和姿势可以自动地或者人工地改变。测量投影机2和屏幕1之间的相对位置和姿势，并且计算用于校正从投影机2投影到屏幕1的图像光的失真的校正参数，所述计算来自观察者的观察位置的预先的设定和投影机2的投影面的形状。基于计算的校正参数，输入进投影机2的图像信号经受失真校正处理。因而，即使屏幕的位置被改变，允许观察者看到清楚图像也是可能的。

Description

图像显示装置及其图像失真校正方法

技术领域

[001]本发明涉及一种图像显示装置，所述装置投影图像在屏幕上并且创造真实图像的感觉以提供观察者逼真图像空间，以及其失真校正方法。

背景技术

[002]作为允许观察者模仿多种体验的技术，在本说明书中所描述的技术是已知技术。

[003]这种虚拟现实系统提供覆盖人类视场的图像，以提供身临其境的感觉，因为视觉获得的信息占据通过人类感觉获得信息的最大部分，是从全部人类感觉获得信息的80％到85％。同样，在虚拟现实中，提供信息到视觉是创造更真实虚拟空间的更重要因素。对于图像提供技术的要求不仅仅是提供图像，而是实现诸如宽视野视图、立体视图和真实尺寸比例视图的更自然视图。

[004]这种虚拟现实创造系统包括投影没有失真的宽视野视图在半球屏幕上，所述半球屏幕为如日本专利No.3387487说明的围绕观察者。

发明内容

技术问题

[005]其中，在上述虚拟现实创造系统中，虽然观察者想在任意屏幕位置观察图像，但是在如在专利文件中描述的结构中屏幕是固定的并且其位置不是任意改变的。

[006]本发明意图按照上述现行环境，并且其目的是提供即使屏幕位置改变也能够允许观察者看清楚图像的图像显示装置，并且提供图像显示装置的图像失真校正方法。

技术方案

[007]根据本发明的图像显示装置包括：接收图像信号并且投影图像光的图像投影单元；图像显示单元，所述图像显示单元包括任意形状的投影平面，从图像投影单元投影出的图像光被投影在所述投影平面上。为了解决上述问题，图像显示装置包括：连接单元，所述连接单元包括连接图像投影单元和图像显示单元的多个臂和连杆机构，所述连杆机构允许图像投影单元和图像显示单元的相对位置和姿势人工地或者自动地改变；测量单元，所述测量单元测量图像投影单元和图像显示单元之间的相对位置和姿势；图像信号处理单元，所述图像信号处理单元计算用于从图像投影单元投影到图像显示单元上的图像光的失真校正的校正参数，基于通过测量单元测量的相对位置和姿势、观察者预先设置的观察位置、图像显示单元的投影平面的形状、从图像投影单元投影的图像光的域的角度、交点和中心点之间的偏离量，所述交点为与图像投影单元的预先设置的光轴垂直的虚拟投影平面与光轴的交点，所述中心点为投影图像在虚拟投影平面中上的中心点，并且基于计算的校正参数执行用于输出进图像投影单元的图像信号的失真校正处理。

[008]为了校正图像显示装置的图像的失真，装置包括接收图像信号和投影图像光的图像投影单元；包括任意形状的投影平面的图像显示单元，图像投影单元的图像光投影在所述投影平面上；连接单元包括多个包括连接图像投影单元和图像显示单元的多个臂和连杆机构，所述连杆机构允许图像投影单元和图像显示单元的相对位置和姿势人工地或者自动地改变；测量单元，所述测量单元测量图像投影单元和图像显示单元之间的相对位置和姿势，根据本发明的用于图像显示装置的图像失真校正方法：计算用于从图像投影单元投影到图像显示单元上的图像光的失真校正的校正参数，基于通过测量单元测量的相对位置和姿势、观察者预先设置的观察位置、图像显示单元的投影平面的形状、从图像投影单元投影的图像光的域的角度、交点和中心点之间的偏离量，所述交点为与图像投影单元的预先设置的光轴垂直的虚拟投影平面与光轴的交点，所述中心点为投影图像在虚拟投影平面中上的中心点；并且基于计算的校正参数为输入进图像投影单元的图像信号执行失真校正处理。

有益效果

[009]由于根据本发明的图像显示装置及用于图像显示装置的图像失真校正方法，可以测量图像显示单元和图像投影单元之间的相对位置和姿势，并且，甚至当图像显示装置具有图像显示单元和图像投影单元由能够改变其相对位置和姿势的连接单元连接时，自动地执行失真校正用于图像信号的处理过程，因而，可以显示没有被图像显示单元失真的图像。因而，防止观察者可见的失真的处理可以根据图像显示单元的位置的改变实现。

附图说明

[0010]图1是显示应用本发明的图像显示装置的结构的侧视图；

图2是显示应用本发明的图像显示装置的结构的俯视图；

图3是显示应用本发明的图像显示装置的功能结构的方框图；

图4是显示应用本发明的图像显示装置的视场角的透视图；

图5是显示应用本发明的图像显示装置的偏离量的立体图；

图6是显示应用本发明的图像显示装置的偏离量的侧视图；

图7是显示说明应用本发明的图像显示装置中的观察者的观察位置和对监视器的结构方框图；

图8是显示包括应用本发明的图像显示装置中的驱动机构的结构侧视图；

图9是显示包括应用本发明的图像显示装置中的驱动机构的功能结构的方框图；

图10是显示驱动驱动机构并投影图像在包括应用本发明的图像显示装置中屏幕上的处理过程的流程图；

图11是说明应用本发明的图像显示装置中的连接机构和驱动机构的可移动部分的图；

图12是说明应用本发明的图像显示装置中的驱动机构的坐标系统的图；

图13是说明应用本发明的图像显示装置中的连接机构的坐标系统的图；

图14是说明直线地驱动投影机的操作并且投影机的光轴与应用本发明的图像显示装置中的屏幕的中心位置对齐的图；

图15是说明转动地驱动投影机的操作并且投影机的光轴与应用本发明的图像显示装置中的屏幕的中心位置对齐的图；

图16是显示包括检测机构检测应用本发明的图像显示装置中的屏幕的显示情况的结构的侧视图；

图17是显示判断屏幕的显示情况并且按照应用本发明的图像显示装置中的屏幕的显示情况移动屏幕的结构的方框图；

图18是根据包括应用本发明的图像显示装置中的阴影的图像投影区域用于解释屏幕的移动方向的屏幕的俯视图；

图19是显示处理过程以判断屏幕的显示情况并且根据应用本发明的图像显示装置中的显示情况移动屏幕的流程图；

图20是显示包括应用本发明的图像显示装置中的屏幕边缘部分中的光传感器的结构的侧视图；

图21是显示通过光传感器判断屏幕的显示情况并且移动应用本发明的图像显示装置中的屏幕的结构的方框图；

图22是显示通过光传感器判断屏幕的显示情况并且移动应用本发明的图像显示装置中的屏幕的处理过程的流程图；

图23是显示反射投影机的图像光在镜子上并且投影其在应用本发明的图像显示装置中的屏幕中的结构的侧视图；

图24是显示检测观察者的视点并且设置屏幕的高度位置等于应用本发明的图像显示装置中的视点的高度的结构的侧视图；

图25是显示包括设置为引导图像光的光轴到应用本发明的图像显示装置中的屏幕的预定位置的连接机构的结构的侧视图；

图26是显示设置为引导图像光的光轴到屏幕的预定位置的连接机构的结构的说明图；

图27是显示设置为引导图像光的光轴到屏幕的预定位置的连接机构的变化情况的说明图；

图28是显示设置为引导图像光的光轴到屏幕的预定位置的连接机构的变化情况的另一个说明图；

图29是包括延伸机构以伸长和减少屏幕和投影机之间距离的结构的侧视图，同时图像光的光轴被引导到应用本发明的图像显示装置中的屏幕的预定位置；

图30是显示包括设置为保持应用本发明的图像显示装置中的屏幕的投影平面的姿势不变的连接机构的结构的侧视图；

图31是显示包括设置为保持屏幕的投影平面的姿势不变的连接机构的结构的解释视图；

图32是显示设置为任意地改变屏幕的投影平面的姿势的连接机构的结构的立体图；

图33是显示锁定臂连接点的转动的制动机构结构的立体图；图34是解释制动机构操作的解释性视图；

图35是显示包括应用本发明的图像显示装置中设置带有平衡块部分的连接机构的结构的侧视图；

[0011]附图标记

1 屏幕(图像显示部分)

2 投影机(图像投影部分)

3 连接机构

5 距离传感器

6 视图点监视部分

7 通知功能部分

11传感器部分

12图像信号处理部分

22校正处理部分

21图像产生部分

24坐标计算部分

23校正参数计算部分

31驱动参数计算部分

41投影机驱动机构

51屏幕驱动机构

52摄像机(情况检测机构)

61图像处理部分

62相应表存储部分

63屏幕驱动位置计算部分

64投影机驱动位置计算部分

65投影范围计算部分

71光传感器

81光传感器信号处理部分

82相应表存储部分

83驱动位置计算部分

92旋转式激励器

91镜子

100眼镜

101位置传感器

130旋转轴

140平衡块部分

具体实施方式

[0012]在下文中，参照附图说明本发明的具体实施方式。

[0013]如图1的侧视图和图2的俯视图所示，应用本发明的图像显示装置，为了在屏幕1上显示没有失真的图像光，根据经受失真校正处理的图像信号，从作为图像投影单元的投影机2中投影图像光，所述屏幕1作为图像显示单元包括具有面对观察者的凹形表面的任意形状的投影平面。

[0014]在如下实施方式中，所给出的案例的说明中非立体图像从投影机2中投影到屏幕1上。然而，立体图像可以被显示在屏幕1上。在这种情况中，图像显示装置使使用者佩戴偏振眼镜，所述偏振眼镜的左右眼镜片传递具有不同偏振方向的图像光线并且交替地以偏振方法从投影机2中投影多种类型图像光线，所述图像光线提供其间视差并且具有不同偏振方向。可代替地，图像显示装置使使用者佩戴液晶光闸眼镜，并且以时间分割方法从投影机2的投影其间设置视差的图像光线。以偏振方法在屏幕1上显示立体图像的情况中，屏幕1是由保存图像光的偏振方向的材料制成的，并且具有不同偏振方向的左右眼图像光线从投影机2的两个光投影窗口投影。以时间分割方法在屏幕1上显示立体图像的情况中，左右眼图像光线交替地从单一光投影窗口以时间分割方式投影，并且左右图像光线的投影与的液晶光闸眼镜左右光闸的开关同步。

[0015]而且，在偏振方法的情况下，作为立体图像被投影其上的屏幕1，使用带有铝粉或者类似物施加在投影平面的表面上的所谓的银幕。而且，屏幕1的形状可以不仅是如图1或者如下所述所示的半球圆顶，而且也可以是平面屏幕、使用部分圆柱面的二次曲面屏幕、或者由半球圆顶屏幕、平面屏幕、二次曲面屏幕多种结合而组成的屏幕。即使在这种多样形状的屏幕1的情况中，图像显示装置根据每种形状执行图像失真校正过程。

[0016]在这种图像显示装置中，投影机2设置在安装台4上。图像显示装置包括连接投影机2和屏幕1的连接机构3，所述连接机构3具有在三个位置的结合机构3a、3b和3c以及两个臂3d和3e。在如图2所示的图像显示装置中，两个结合机构3a，3a设置在位置a，所述a在投影机2在X轴方向的两端；两个结合机构3c，所述3c设置在位置c，所述c在X轴(横向)方向中在侧边缘部分中，在Y轴(垂直)方向中大致在屏幕1的中心；两个结合机构3b，所述3b设置在臂连接点b，所述b在臂3d、3d与臂3e、3e之间。这个连接机构3可以自动地或者人工地改变屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势。

[0017]在图1和2所示的图像显示装置中，所示的连接机构3在Y轴和Z轴(纵向)方向中改变屏幕1和投影机2之间相对位置和姿势，但连接机构3也可以改变在X轴方向中的相对位置和姿势。在图1中图像显示装置显示了投影机2被设置在安装台4上的情况。安装台4在底面上可以包括脚轮，从而可以移动。而且，屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势可以被设置为通过脚轮改变。

[0018]连接机构3的结合机构3a至3c设置为分别地结合角度传感器，所述传感器获得用于测量屏幕1和投影机2之间相对位置和姿势的角度信息。如图1所示，结合在结合机构3a中的角度传感器测量角度θa，所述角度θa在投影机2的光轴和臂3d之间；结合在结合机构3b中的角度传感器测量角度θb，所述角度θ b在臂3d和臂3e之间的b点；结合在结合机构3c中的角度传感器测量角度θc，所述角度θc在半球屏幕1的径向和臂3e之间；

[0019]在这种图像显示装置中，这些功能性结构如图3所示，投影机2和屏幕1通过连接机构3连接，结合在连接机构3的结合机构3a至3c中的三个角度传感器组成传感器部分11。图1中所示箭头指示角度θ、θa、θb和θc的正方向。

[0020]由传感器部分11检测的角度θa至θc由图像信息处理部分12读取。图像信息处理部分12包括，例如，个人计算机和类似物，并包括图像产生部分(图像创造部分)21、校正处理部分22、校正参数计算部分23、坐标计算部分24，其与传感器部分11相连。

[0021]坐标计算部分24接收由传感器11测量的角度θa至θc，并且计算屏幕1的位置c(Xs，Ys，Zs)相对投影机2的位置a(Xp，Yp，Zp)，所述投影机2的位置(Xp，Yp，Zp)基于角度θa至θc的当前值和预先存储的连接机构3的臂3d和3e的长度La和Lb被设置到原点。坐标计算部分24计算屏幕1和投影机2之间相对姿势，其为屏幕1相对投影机2的光轴方向的转动角度。

[0022]例如，坐标计算部分24使用如下运算式计算屏幕1相对于投影机器人的原点(Xp，Yp，Zp)的Z轴和Y轴方向位置Zs和Ys：

Zs＝Lacos(θa)-Lbcos((θa)+(θb))

Ys＝Lasin(θa)-Lbsin((θa)+(θb))

坐标计算部分24也计算相对姿势θ，所述是投影机2的光轴和屏幕1的投影平面之间的相对角度，使用如下运算式：

姿势θ＝θa+θb+θc-180

[0023]坐标计算部分24判断是否屏幕1被安装在投影机2的投影范围外侧，所述判断是基于屏幕1和投影机2之间的相对位置和距离以及投影机2的区域角度。当投影机2的图像光不投影在屏幕1上时，坐标计算部分24判断屏幕1不存在并且停止投影图像光。

[0024]希望地，坐标计算部分24计算屏幕1和投影机2之间的距离；注意投影机2的展开程度或者图像光的密度；然后控制投影机2的放大和/或调焦机构。这个允许图像光投影在屏幕1的整个表面上。

[0025]校正参数计算部分23接收图像观察者的预先设定位置、屏幕1的投影平面的形状、从坐标计算部分24获得的相对位置和姿势、投影机2的视角的当前值，和偏离量，所述偏离量是垂直投影机2的预先设置的光轴的方向的虚拟投影面与光轴之间的交点与在虚拟投影平面上投影的图像的中心点之间的差。校正参数计算部分23产生失真校正表作为用于当图像信号被投影在屏幕1上时校正失真的校正参数。

[0026]如图4所示，投影机2的视场角是表示从投影机2投影在虚拟投影平面上的图像光的图像投影范围的值。这个虚拟投影平面是垂直地位于投影机2的光轴上的平面。投影机2的视场角是区域的垂直角度和区域的水平角度。这个投影机2的视场角是比率，所述比率是投影机2和虚拟投影平面之间的距离与投影到虚拟投影平面上的图像的高度和宽度之比。一般而言，投影机2视场角以角度表示，所述角度为比率的反正切函数。校正参数计算部分23可以输入基于图像宽度的比率或者基于图像高度的比率作为校正参数。

[0027]如图4和图5所示，偏离量包括垂直偏离量和水平偏离量，所述偏离量分别地表示从轴中心点到投影的图像的中心点在垂直方向和水平方向的距离。图5显示垂直偏离量和水平偏离量，图6仅仅显示垂直偏离量。从投影在屏幕1上图像的轴的差距越大，偏离量越大。从轴到屏幕1上投影图像的中心点的距离根据投影机2和虚拟投影平面之间的距离与偏离量的比率变化。因而，校正参数计算部分23可以输入比率作为校正参数。当投影机2和屏幕1之间的相对位置和姿势以及屏幕1的投影平面的形状已知时，通过投影机2投影在屏幕1上的图像光位置和范围依靠投影机区域的图像和偏离量。

[0028]这个失真校正表是屏幕1的平面投影平面和任意形状的投影平面的网模之间的相应地图，按照所述失真校正表执行坐标变换。具体地，失真校正表被用到变换用于在平面投影平面上显示的图像信号到用于在任意形状的投影平面上显示的输出图像信号在像素基础上。

[0029]图像产生部分21产生用于投影图像在平面上的平面图像信号，并且输出其到校正处理部分22。依靠从图像产生部分21接收的平面图像信号，根据由校正参数计算部分23计算的校正参数，校正处理部分22执行校正程序，即使当平面图像信号被投影在屏幕1的投影平面上时，允许观察者从观察者位置看没有失真的图像。校正处理部分22变换平面图像信号成用于显示在像素基础上任意形状的投影平面上的输出图像信号，以产生输出图像信号，并且然后提供其到投影机2上。因而，根据屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势，经过失真校正的图像光通过投影机2被投影在屏幕1上。

[0030]如上所述，应用本发明的图像显示装置，即使当屏幕1和投影机2通过连接机构3连接时，通过测量屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势，图像信号可以自动地经受失真校正处理，这样在屏幕上显示没有失真的图像成为可能。而且，使用图像显示装置，通过在屏幕1上显示立体图像，显示允许观察者容易地识别出深度的身临其境的图像是可以的。

[0031]而且，使用应用本发明的图像显示装置，即使当屏幕1的位置因为位于屏幕1和投影机2之间的障碍或者类似物而改变时，通过基于屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势的新值再一次执行失真校正处理，没有失真的清楚且身临其境的图像可以不受障碍物或者类似物的阴影的影响显示在屏幕上。例如，当观察者是医生时，屏幕1和投影机2的位置可以通过驱动连接机构3布置，从而在手术室中床、仪表、照明装置和类似物位于屏幕1和投影机2之间。因而，即使在如手术室的小空间里，投影病人的得病位置的图像并且允许手术者看着没有失真的清楚图像指导手术是可以的。

[0032]而且，参照图1至3说明的图像显示装置可以在图像信号处理部分12中包括用于识别观察者语音的语音识别功能或者检测观察者操作的操作输入功能，还可以进而包括基于观察者的语音或者操作而输入指令以改变屏幕1的位置和姿势的单元。当来自观察者的指令被输入，连接机构3根据指令改变屏幕1的位置和姿势，因而改变屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势。图像信号处理部分12的校正参数计算部分23和坐标计算部分24根据在屏幕1中的位置和姿势的改变更新校正参数，因而屏幕1位于根据观察者意愿的位置时允许观察者看没有失真的图像。

[0033]而且，根据来自观察者的指令，屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势被意愿地改变以后，结合机构3a至3c包括锁机构以固定屏幕1和投影机2之间改变的相对位置和姿势。屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势通过观察者的指令改变以后，屏幕1的位置因而可以被确定地固定。

[0034]以这种方式固定屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势以后，图像显示装置预先设置用于屏幕1和投影机2之间固定的相对位置和姿势的观察者的观察位置，并且监视观察者的观察位置。当观察者的被监视的观察位置偏离预先设置的观察位置时，图像显示装置可以通知观察者。换句话说，屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势被固定以后，当观察者的观察点从适当位置偏离时，这个图像显示装置通知被显示在屏幕1上的图像不能被在适当位置中的观察者观察。

[0035]如图7所示，除了如图1和2所示的结构外，这个图像显示装置包括距离测量传感器5和作为观察点观察位置监视部分6，作为通知单元的通知功能部分7。

[0036]距离测量传感器5是，例如，连接到屏幕1的距离传感器。距离测量传感器5的例子是：通过投影红外线光并接收在光反射器上反射的光测量距离的传感器，所述光反射器连接到预定物品，所述预定物品由观察者，例如手术者的帽子、面具或者在手术室中内视镜检测的手术过程中使用的立体偏振眼镜；基于图像测量距离并且用图像获得装置捕获测量目标例如手术者的眉毛的传感器。通过距离测量传感器5测量的距离被提供到观察位置监视部分6用为观察者的观察位置的通知。而且，距离测量传感器5可以检测，例如，观察者站在其上的底座的位置和观察者(手术者)穿戴的物品的位置。换句话说，表示观察者的观察位置的被检测目标只需要是当观察者的观察位置改变时移动的物品，诸如观察者穿戴的物品或者观察者站在其上的底座。

[0037]观察位置监视部分6通过由距离测量传感器5和监视器测量的距离计算观察者的观察位置和屏幕1之间的距离，是否计算的距离与预先存储的观察位置和屏幕之间的距离在允许的范围被改变或者更多。当观察位置监视部分6检测到观察者的位置偏离预先确定的观察位置，通知功能部分7被驱动。

[0038]根据预先设置在观察位置监视部分6中的观察者的观察位置，在屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势是固定的情况下，对于这种固定情况的最好的观察者的观察位置可以通过观察位置监视部分6计算作为推荐的观察者的站位(观察位置)，基于屏幕1与被设置到原点的投影机2的位置a(Xp，Yp，Zp)的相对位置c(Xs，Ys，Zs)和屏幕1和投影机2之间的相对姿势，即投影机2相对投影机2的光轴方向的转动角度。这里位置a(Xp，Yp，Zp)通过图像信号处理部分12的坐标计算部分24计算。

[0039]根据来自观察位置监视部分6的控制信号，通知功能部分7通知观察者的观察位置偏离预先设定的观察位置。通知功能部分7是声音输出单元，当观察者的观察位置偏离预先设定的观察位置时，输出声音到观察者；当观察者的观察位置偏离预先设定的观察位置时，投影机2改变图像信号的颜色；并且当观察者的观察位置偏离预先设定的观察位置时，光发射单元投影光到观察者。

[0040]通知功能部分7可以设置被提供有据此观察者的观察位置偏离预先设置的观察位置的指示数量(距离)的信号，并且根据偏离量改变通知水平或者方式。

[0041]例如，当通知功能部分7是声音输出单元时，观察者的观察位置偏离预先设置的观察位置越多，产生以通知观察者的声音程度(声音频率)越高，通过所述声音通知观察者的观察位置偏离多少。另外，通知水平或方式可以根据观察者观察位置偏离预设观察位置的方向而改变。

[0042]例如，当通知功能部分7是光投影单元时，根据观察者的观察位置偏离预先设置的观察位置的数量和方向，发射的光的强度、闪烁频率和颜色可以改变。这使通知观察位置偏离预先设置的观察位置多少并且同时通知偏离的方向成为可能。

[0043]而且，当观察者的观察位置偏离预先设置的观察位置时投影机2被用作通知功能部分7，从投影机2役向屏幕1的图像光的颜色可以改变。例如，图像信号处理部分12被设置成包括信号处理功能以产生用于改变在平面图像信号中的色彩密度和色调的参数，其是通过图像产生部分21依靠接收来自观察位置监视部分的输出产生的。从图像产生部分21提供到校正处理部分22的图像色彩密度和色调因而改变以同时地通知观察者的观察位置偏离预先设置的观察位置及数量(距离)以及偏离的方向。

[0044]接下来，说明应用本发明的图像显示装置的另一种结构的例子。在如下的说明中，与上述说明的图像显示装置相同的结构和操作给予相同标号，并且其省略了其细节说明。然而，上述结构显示地可应用到如下图像显示装置中。

[0045]首先，参照图8到15说明能够任意改变应用了本发明的图像显示装置中的投影机2的位置的结构。

[0046]如图8所示，图像显示装置包括连接机构3和投影机驱动机构41，所述投影机驱动机构41驱动投影机2投影图像光的方向，因而从投影机2投影的图像光的光轴匹配屏幕1的预定位置。这个投影机驱动机构41设置在安装台4上。投影机驱动机构41支撑投影机2并且在垂直和横向中驱动投影机2。投影机驱动机构41由例如直线和转动执行部件联合组成。

[0047]如图9所示，图像信号处理部分12包括驱动参数计算部分31，所述驱动参数计算部分31接收通过传感器部分11和坐标计算部分24检测并计算的屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势，并且计算投影机驱动机构41的驱动方向和数量，因而投影机2的光轴被指到屏幕1的中心作为预定位置。

[0048]驱动参数计算部分31提供包括计算的投影机驱动机构41的驱动方向和数量的驱动参数到投影机驱动机构41，并且使投影机驱动机构41改变投影机2的位置。而且，驱动参数计算部分31提供通过坐标计算部分24计算的屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势的通知和驱动参数到校正参数计算部分23。通过驱动参数计算部分31计算驱动参数的过程稍后说明。

[0049]校正参数计算部分23计算坐标计算部分24相应投影机2投影被投影机驱动机构41改变的图像光的方向计算的相对位置和姿势，并且在改变后更新校正参数。

[0050]在这种结构的图像显示装置中，其操作过程如图10所示，当传感器部分11在步骤S1中检测到屏幕1的移动，坐标计算部分24在步骤S2中读取传感器部分11的传感器值，并且坐标计算部分24计算屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势，并且在步骤S3中输出其到驱动参数计算部分31。

[0051]在步骤S4中，驱动参数计算部分31从当前相对位置和姿势计算投影机驱动机构41的驱动参数，所述投影机驱动机构41允许投影机2的光轴被指到屏幕1的中心，并且在步骤S5中输出计算的驱动参数到投影机驱动机构41。在步骤S6中，投影机驱动机构41的直线或者转动执行部件被驱动以改变投影机2的光轴方向。

[0052]在接下来的步骤S7中，校正参数计算部分23基于屏幕1和已经被投影驱动机构41驱动的投影机2之间的相对位置和姿势更新校正参数。在步骤S8中，校正处理部分22根据用于已经被驱动的投影驱动机构41的校正参数执行用于平面图像信号的失真校正过程。在步骤S9中，投影机2在屏幕1上投影图像，因而显示没有失真的图像。

[0053]接下来，说明通过驱动参数计算部分31计算驱动参数的过程。

[0054]如图11所示，投影机驱动机构41包括直线执行部件41a、41b、41c(此后，分别称为X轴、Y轴、Z轴直线执行部件41a、41b、41c)，其分别地在X轴、Y轴、Z轴方向上直线地驱动投影机2。直线执行部件41a至41c由插入其中的接地连接41d接地连接在安装台4上，并且由插入其中的结合接连41e连接到转动执行部件41f和41g。转动执行部件41f是使投影机2的光轴A围绕结合连接41e作为中心轴转动的转动执行部件。转动执行部件41g是使投影机2的光轴A围绕垂直与光轴和转动执行部件的转动轴的轴转动的转动执行部件。图11显示了屏幕1自动地或者人工地移动并且位于投影机2的投影范围外侧的情况。

[0055]连接机构3由转动执行部件3g(3g₁、3g₂)组成、转动执行部件3h和转动执行部件3i(3i₁、3i₂)。转动执行部件3g结合在连接机构3a中并且设置在从虚拟接地点延伸的接地连接3f的顶端。结合在连接机构3b中的转动执行部件3h设置具有臂3d和转动执行部件3g。结合在连接机构3c中的转动执行部件3i设置具有臂3e和转动执行部件3i。屏幕1的参照位置是屏幕1的中心位置b。

[0056]在如图12和图13所示的上述投影机驱动机构41和连接机构3中，在坐标系统U中，投影机2的接地平面的位置是^U[x_Bp，y_Bp，z_Bp]投影机2的姿势是^U[e_1p,e_2p，e_3p]；屏幕1的接地平面的位置是^U[x_βs，y_βs，z_βs]屏幕2的姿势是^U[e_1s，e_Bp，e_Bp]如图12所示，改变投影机2的位置和姿势的转动执行部件41f、41g的转动连接i的角度由θ_ip表示，改变投影机2的位置和姿势的直线执行部件41a至41c的直线连接i的长度由d_ip表示。如图13所示，在改变屏幕1的位置和姿势的连接机构3中，连接机构3a至3c的转动连接的角度由θ_is表示

[0057]在图像显示装置的坐标系统U中，屏幕1相对投影机2的位置(X，Y，Z)通过如下运算式1至3表示。

在运算式1和2中，l₂表示臂3d的长度；l₃表示臂3d的长度；l_s表示转动执行部件3i和屏幕1的中心位置之间的距离；θ_1s表示转动执行部件3g₁的转动角度；θ_2s表示转动执行部件3g₂的转动角度；θ_3s表示转动执行部件3h的转动角度；θ_4s表示转动执行部件3i₁的转动角度；θ_5s表示转动执行部件3i₂的转动角度；d_1p表示X轴直线执行部件41a的改变距离；d_2p表示Z轴直线执行部件41c的改变距离；d_3p表示X轴直线执行部件41b的改变距离；θ_4p表示转动执行部件41f的转动角度；θ_5p表示转动执行部件41g的转动角度。对于细节，如图11所示，θ_1s表示转动执行部件3g₁的转动角度，其围绕接地连接3f转动；θ_2s表示转动执行部件3g₂的转动角度，其围绕臂3d转动且方向为垂直于转动执行部件3g₁的转动轴；θ_3s表示转动执行部件3h的转动角度，其围绕臂3d转动且方向为垂直臂3e；θ_4s表示转动执行部件3i₁的转动角度，其转动围绕方向为平行于转动执行部件3h的转动轴；θ_5s表示转动执行部件3i₂的转动角度，其围绕转动执行部件3i₁的转动轴转动且方向为垂直于屏幕1的投影平面的垂直线。

[0058]在图像显示装置的坐标系统U中，屏幕1相对投影机2的姿势(e₁、e₂、e₃)通过如下运算式4至6表达。

[0059]

而且，在坐标系统U中，屏幕1的位置^U[x_s，y_s，z_s]是由如下运算式7至9表达：

$u_{y_s}=u_{y_{\mathrm{Bs}}}-I_2\sin {\mathrm{\θ}}_{2s}-I_3\sin ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s})-I_s\cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})---------------$ 公式8

$u_{Z_s}=u_{Z_{\mathrm{Bs}}}+I_2\sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos {\mathrm{\θ}}_{2s}+I_3\sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s})-I_s\sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\sin ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})-$ 公式9

[0060]而且，在坐标系统U中，屏幕1的姿势^U[e_1s，e_2s，e_3s]由如下运算式10至12表达：

$u_{e_{1s}}=\left[\begin{array}{c}-\cos {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\sin {\mathrm{\θ}}_{5s}+\sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos {\mathrm{\θ}}_{5s}\\ \sin ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\sin {\mathrm{\θ}}_{5s}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\sin {\mathrm{\θ}}_{5s}-\cos {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos {\mathrm{\θ}}_{5s}\end{array}\right]----------$ 公式10

$U_{e_{2s}}=\left[\begin{array}{c}\cos {\mathrm{\θ}}_{1s}\sin ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\\ \sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\sin ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\end{array}\right]------------------------------$ 公式11

$u_{e_{3s}}=\left[\begin{array}{c}\cos {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\cos {\mathrm{\θ}}_{5s}+\sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\sin {\mathrm{\θ}}_{5s}\\ -\sin ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\cos {\mathrm{\θ}}_{5s}\\ \sin {\mathrm{\θ}}_{1s}\cos ({\mathrm{\θ}}_{2s}+{\mathrm{\θ}}_{3s}+{\mathrm{\θ}}_{4s})\cos {\mathrm{\θ}}_{5s}-\cos {\mathrm{\θ}}_{1s}\sin {\mathrm{\θ}}_{5s}\end{array}\right]------------$ 公式12

[0061]而且，在在坐标系统U中，投影机2的姿势^U[x_p，y_p，z_p]由如下运算式13至15表达：

$u_{X_p}=u_{X_{\mathrm{Bp}}}+d_{1p}+I_p\cos {\mathrm{\θ}}_{4p}\cos {\mathrm{\θ}}_{5p}--------------$ 公式13

$u_{y_p}=u_{y_{\mathrm{Bp}}}+d_{3p}-I_p\sin {\mathrm{\θ}}_{5p}---------------------$ 公式14

$u_{Z_p}=u_{Z_{\mathrm{Bp}}}+d_{2p}+I_p\sin {\mathrm{\θ}}_{4p}\cos {\mathrm{\θ}}_{5p}---------------$ 公式15

[0062]而且，在在坐标系统U中，投影机2的姿势^U[e_1p，e_2p，e_3p]由如下运算式16至18表达：

$U_{e_{1p}}=\left[\begin{array}{c}{\sin \mathrm{\θ}}_{4p}\\ 0\\ -{\cos \mathrm{\θ}}_{4p}\end{array}\right]----------------------------$ 公式16

$u_{e_{2p}}=\left[\begin{array}{c}{\cos \mathrm{\θ}}_{4p}\cos {\mathrm{\θ}}_{5p}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_{5p}\\ \sin {\mathrm{\θ}}_{4p}{\cos \mathrm{\θ}}_{5p}\end{array}\right]-----------------------$ 公式17

$u_{e_{3p}}=\left[\begin{array}{c}{-\cos \mathrm{\θ}}_{4p}\sin {\mathrm{\θ}}_{5p}\\ -\cos {\mathrm{\θ}}_{5p}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_{4p}{\sin \mathrm{\θ}}_{5p}\end{array}\right]-----------------------$ 公式18

[0063]由运算式1至3表示的屏幕1相对投影机2的位置通过计算屏幕1的位置与投影机2的位置的相对关系而获得，所述屏幕1的位置由运算式7至9表示，所述投影机2的位置由运算式13至15表示。由运算式4至6表示的屏幕1相对投影机2的位置通过计算屏幕1的位置与投影机2的位置的相对关系而获得，所述屏幕1的位置由运算式10至12表示，所述投影机2的位置由运算式16至18表示。

[0064]在上述图像显示装置中，当投影机2的位置由投影机驱动机构41的平移运动控制时，驱动参数计算部分31控制投影机2在X轴方向中改变距离d_1p和投影机2在Y轴方向中改变距离d_3p，从而投影机2的光轴指向到屏幕1的中心部分。允许投影机2的光轴指向到屏幕1的中心部分的改变距离d_1p和d_3p，显示在如下运算式19和20中。

[0065]运算式19和20中的A、B、Z通过如下运算式21至23表达。运算式21中的A是通过运算式1获得的屏幕1在X轴方向上对投影机2的相对位置。运算式22中的B是通过运算式2获得的屏幕1在Y轴方向上对投影机2的相对位置。运算式23中的Z表示通过运算式3获得的屏幕1在Z轴方向上对投影机2的相对位置。

[0066]当从这些运算式19至23计算投影机2在Y轴方向上的改变距离d_3p时，驱动参数计算部分31产生驱动参数，因而如在图14中所示，投影机2通过改变距离d_3p移动，并且驱动Y轴直线执行部件41b，从而屏幕1的中心部分与投影机2的光轴相交。

[0067]当投影机2的姿势通过在投影机驱动机构41中的转动控制时，驱动参数计算部分31控制投影机2的转动角度θ_4p和θ_5p，从而投影机2的光轴指向到屏幕1的中心部分。允许投影机2的光轴指向到屏幕1的中心部分的转动角度θ_4p和θ_5p，显示在如下运算式24和25中。

[0068]运算式24和25中的X、Y、Z通过上述运算式26至28表达。运算式26中的A是通过运算式1获得的在X轴方向上屏幕1与投影机2之间的相对位置。运算式27中的B是通过运算式2获得的在Y轴方向上屏幕1与投影机2之间的相对位置。运算式28中的Z是通过运算式3获得的在Z轴方向上屏幕1与投影机2之间的相对位置。

[0069]从这些运算式24至26计算投影机2的转动角度θ_5p以后，驱动参数计算部分31产生驱动参数，从而，如图15所示投影机2通过转动角度θ_5p转动，并且使转动执行部件41g通过θ_5p转动，从而投影机2的光轴与屏幕1的中心部分相交。

[0070]即使当屏幕1如图11所示人工地移动并且位置投影机2的投影范围的外侧时，由于具有这样结构的图像显示装置，投影机驱动机构41可以被控制，从而投影机2的光轴被指到屏幕1的中心部分。因而在屏幕1上确定投影没有失真的图像是可能的。

[0071]接下来，在应用本发明的图像显示装置中，参考图16至23给予说明允许来自投影机2的图像光确定地投影在屏幕1的整个表面的结构。

[0072]如图16中所示，这个图像显示装置包括情况检测机构52，其是检测屏幕1的图像显示范围的摄影机，并且判断图像光是否被投影到屏幕1的整个表面上。这种判断过程是由图像处理部分61执行的，如图17所示，其连接到情况检测机构52。当图像处理部分61判断图像光没有被投影到屏幕1的整个表面上，屏幕驱动计算部分63参照存储在相应表存储部分62中的相应表，并且屏幕1与投影机2之间的相对位置和姿势被改变，从而图像光被投影在屏幕1的整个表面。

[0073]当图像光没有被投影到屏幕1的整个表面上时，只有屏幕1的位置和姿势可以被改变，或者只有投影机2的位置和姿势可以被改变。可选择地，屏幕1和投影机2两者的位置和姿势都可以被改变，从而来自投影机2的图像光被投影在屏幕1的整个表面上。

[0074]图像信号处理部分12的图像处理部分61接收图像的图像信号，其通过情况检测机构52检测；分析图像信号；并且然后，判断显示在屏幕1上的图像中是否有阴影。例如，当有比预定亮度较低亮度的一组像素时，图像处理部分61测定这组像素为阴影。在屏幕上产生阴影的原因包括的情况为：障碍位于从投影机2到屏幕1的光路径上阻碍光线；屏幕1相对投影机2的光轴方向的转动角度大并且屏幕1的部分阻碍了图像光。

[0075]当判断在屏幕1上有阴影时，图像处理部分61判断屏幕1的区域包括阴影并且将其通报屏幕驱动计算部分61。相应表存储部分62存储说明包括阴影的屏幕1的区域与屏幕1的位置和姿势被改变的方向之间的相应关系，和改变的量。因而，屏幕驱动计算部分63产生用于屏幕1的驱动参数，在参照相应表之上被图像处理部分61通知包括阴影的区域，并且输出控制信号以驱动屏幕驱动机构51，为了改变屏幕1的位置和姿势从而阴影不显示在屏幕1上，其由在连接机构3a至3c中的转动执行元件组成。

[0076]例如如图18所示，通过将屏幕1的半球投影表面分成八个区域，图像处理部分61预定图像投影区域1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6和1-8，并且判断哪个图像投影区域包括阴影。在相应表中，记录屏幕1从包括阴影的图像投影区域向其中心位置移动的移动方向和量。例如，当通过图像处理部分61判断图像投影区域1-5包括阴影时，屏幕1在由图18中的箭头指示的方向上或者在从图像投影区域1-5到图像投影区域1-1的方向上移动。

[0077]当在接连机构3a至3c中的转动执行机构由从屏幕驱动部分63到屏幕驱动机构51的控制信号驱动以改变屏幕1相对投影机2的位置和姿势，屏幕1的位置和姿势的改变通过传感器部分11检测。屏幕1与投影机2之间的相对的位置和姿势被重新计算，并且校正参数被更新。来自图像产生部分21的图像信号使用更新的校正参数经过失真校正处理，从而使在屏幕1上显示没有失真和阴影的图像成为可能。

[0078]图像信号处理部分12输入从坐标计算部分24获得的屏幕1与投影机2之间的相对位置和姿势，并且通过投影范围计算部分65计算投影机2的当前投影范围。这个投影范围计算部分65基于投影机2的光轴方向、投影机的视场角(angle of field)、屏幕1的中心位置、屏幕1和投影机2之间距离等等判断图像光是否投影在屏幕1的整个表面上。当判断图像光没有投影在屏幕1的整个表面上时，投影驱动位置计算部分64产生改变投影机2的位置和姿势的驱动参数并且驱动投影机驱动机构41。

[0079]投影驱动机构41的直线和转动执行部件被驱动以改变投影机2相对屏幕1的位置和姿势以后，校正参数通过校正参数计算部分23更新。来自图像产生部分21的图像信号使用更新的校正参数经过失真校正处理，使在屏幕1上显示没有失真和阴影的图像成为可能。

[0080]上述图像显示装置的操作如图19所示。如图19所示的操作包括屏幕1的位置和姿势和改变的操作和投影机2的位置和姿势和改变的操作。

[0081]在图像显示装置中，屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势通过步骤S1和S3程序计算以后，投影机2的投影范围在步骤S11中通过投影范围计算部分65计算，并且在步骤S12中判断图像光是否被投影到这样合适的投影范围之内，即图像光被投影在屏幕1的整个表面上。当判断图像光被投影到这样合适的投影范围之内时，处理程序到达步骤S7以其后步骤，否则处理程序到达步骤S13。

[0082]在步骤S13中，在图像显示装置中，投影机2被驱动到的位置通过投影驱动位置计算部分64计算，从而，投影机2的投影范围是在合适的投影范围之内，并且驱动参数被提供到投影驱动机构41。在步骤S14中，投影驱动机构41的直线和转动执行部件因而被驱动以改变投影机2的位置和姿势。

[0083]投影机2的投影范围在步骤S12被判断是在合适的投影范围之内以后，用于失真校正处理的校正参数根据视场角的数据计算，所述视场角通过稍后说明的放大/调焦调整机构调整，并且在步骤S8中使用计算的校正参数执行用于平面图像信号的失真校正处理。然后在步骤S9中图像通过投影机2投影。

[0084]在步骤S8随后的步骤S15中，在图像显示装置中，图像处理部分61，分析通过情况检测机构52检测的屏幕1的投影情况并且判断图像是否被投影在屏幕1的整个表面上。当图像光被地投影在屏幕1上时没有阴影，处理程序达到步骤S19即屏幕1和投影机2之间的当前位置和姿势被保持，结束程序。

[0085]另一方面，当在步骤SW15中判断屏幕1的图像投影范围包括阴影时，图像处理部分61计算包括阴影的图像投影区域并且通知屏幕驱动计算部分63。

[0086]接下来，在步骤16中，屏幕驱动计算部分63按照在步骤S15中判断包括阴影的图像投影区域参照相应表存储部分62的相应表；并且在步骤S17中计算屏幕1的位置和姿势的移动方向和量，并且然后提供驱动参数到屏幕驱动机构51。在步骤S18中，结合在屏幕驱动机构51的连接机构3a至3c中的转动执行部件可以因而被驱动以改变屏幕1的位置和姿势。

[0087]参照图16至19在说明的图像显示装置中，来自投影机2的图像光可以通过如下程序被投影在屏幕1的整个表面上：通过坐标计算部分24计算屏幕1和投影机2之间的距离和从投影机2投影的图像光伸展或者缩合程度；和包括在图16中的投影机驱动机构41的控制放大机构(用于伸展或者缩合图像光)和调焦机构(用于根据屏幕1的距离调焦)。

[0088]如图19中的点划线表示的过程，在这个图像显示装置中，当在步骤S12中判断图像光不是在合适的投影范围之内时，图像光被投影在屏幕1的整个表面上，投影范围计算部分65在步骤S31中计算投影机2的意愿的投影范围，并且投影驱动机构41的放大/调焦调整机构被驱动，从而图像光被投影到意愿的投影范围。放大和调焦可以因而被调整，从而提供合适的投影范围，即图像光被投影在屏幕1的整个表面上。

[0089]而且，在如图20所示的图像显示装置中，屏幕1的图像显示情况可以不仅通过情况检测机构52而且通过检测在屏幕1半球边缘中的图像显示情况的多个光传感器71被判断。如图21中所示的这种图像显示装置中，图像信号处理部分12包括连接到光传感器71的光传感器信号处理部分81、相应表存储部分82和驱动位置计算部分83。

[0090]光传感器71分别地设置在如图18所示图像投影范围1-1至1-8的外围边缘部分。当在屏幕1的外围边缘部分有阴影时，阴影的产生可以由任何一个光传感器71检测。当通过光传感器71的任何一个检测的图像光量的减少产生的阴影时，光传感器信号处理部分81通知驱动位置计算部分83包括阴影的图像投影区域。响应通知，参照相应表存储部分82的相应表，屏幕1的位置和姿势的移动方向和量被计算用于控制屏幕驱动机构51的执行机构。

[0091]在如图22中所示的上述图像显示装置的操作中，当根据屏幕1和投影机2之间当前相对的位置和姿势没有失真的图像将通过步骤S1至S8的操作显示，光传感器信号处理部分81在步骤S21中判断放置在屏幕1的外围边缘中的任何一个光传感器71是否因为被检测的少量光响应阴影的产生。

[0092]当光传感器信号处理部分81判断任何一个光传感器71没有检测阴影的产生时，程序达到步骤S19。当任何一个光传感器71已经检测阴影的产生时，步骤S16至S18的程序被执行以改变屏幕1的位置和姿势，从而阴影不显示在屏幕1上。

[0093]接下来参照图23说明，在应用了本发明的图像显示装置中，能够提供通过在镜子上反射来自投影机2的图像光的任意投影范围的结构。

[0094]在这个图像显示装置中，投影机2的光轴指向屏幕1的相反方向，投影机2投影的图像光在镜子91上反射以投影在屏幕1上。在这个镜子91中，提供了允许图像光的反射角度根据来自图像信号处理部分12的控制信号改变的转动执行部件92。

[0095]在这种结构的图像显示装置中，图像光投影位置、光轴、投影机2的视场角预先设置。图像信号处理部分12计算屏幕1的当前位置和姿势以计算在相对镜子91的姿势(转动角度)的屏幕1中心位置的位置和姿势。然后图像信号处理部分12计算镜子91的转动角度，由于转动执行部件92的控制，所述角度允许在镜子91上反射的图像光投影在屏幕1的整个表面上。

[0096]图像信号处理部分12计算屏幕1和镜子91之间的位置和姿势，从而在镜子91上反射的图像光显示在屏幕1的整个表面，没有失真产生校正参数并且执行失真校正处理。

[0097]具有这种结构的图像显示装置，即使当改变投影机2的位置和姿势的投影机驱动机构41没有设置并且屏幕1位于在任意位置和姿势时，显示没有失真的图像是可能的。而且，增加投影机2放置的位置的灵活性是可能的。

[0098]接下来说明在应用本发明的图像显示装置中，测量观看图像的观察者的位置的结构。

[0099]在预先说明的图像显示装置中，观察者的观察位置被预定设置适用于使用在失真校正程序的校正参数的计算。然而，具有这种图像显示装置的位置传感器101连接到观察者戴的眼镜100以用图像信号处理部分12检测观察者的位置。为了这种检测观察者的观察位置的功能，位置传感器101是磁性传感器。

[00100]在这种图像显示装置中，位置传感器101的位置在每个预定的时间阶段被检测，并且屏幕1的高度位置被控制从而等于观察者的观察位置。在这个情况中，通过连接机构3a至3c的转动执行部件改变的屏幕1的高度位置实现的，响应在屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势的改变，投影机2的位置和姿势更新，因而总是在屏幕1的整个表面上显示没有失真的图像。而且，具有图像显示装置，屏幕1的位置可以被控制从而具有如观察者的观察位置相同的高度，因而屏幕1被设置到屏幕1的显示容易看到的位置。

[00101]接下来说明应用了本发明的图像显示装置，图像显示装置包括如图25所示的连接投影机2和屏幕1的连接机构110代替先前说明的接连机构3。

[00102]如图26(C)中所示连接机构110由如图26(a)所示的平行连接机构和如图26(b)所示的平行连接机构互相连接组成。在图26(a)所示的平行连接结构包括臂连接点111-1、111-2、111-3和111-4和在四侧边使臂与转动连接机构连接。在图26(b)中所示的平行连接结构包括臂连接点111-1和臂连接点111-5、111-6、111-7和在四侧边有的转动连接机构。在图26(b)中所示的平行连接机构的111-1至111-8分别地由在图中能在垂直方向(在Y轴方向)转动的转动连接机构组成。在如下的说明中，如图26(c)所示的连接机构110的臂连接点111-1至111-8集中只是称为“臂连接点111”。

[00103]每个如图26(a)和26(b)所示的平行连接机构由两对由四个转动连接机构相互连接的平行臂组成。

[00104]如图26(a)中所示的平行连接机构包括以平行与投影机2的光轴固定到投影机2上的臂112-1(第一臂)，和在光轴方向上在不同点处连接到臂112-1的臂(第二臂)并且总是垂直于提供连接结合41的地面。如图26(b)中所示的平行连接机构包括两个相同长度的臂112-2(第三臂)，其在垂直方向上的不同位置连接到第二臂，并且总是平行与图像光(总是平行于臂112-2)的光轴，并且臂总是垂直于地面。在屏幕1侧上的臂112-2的末端连接到臂112-3(第四臂)，其构成屏幕1的外围边缘的部分，并且在上下方向上连接到屏幕1的中心部分。在臂112-2和臂112-3之间的臂连接点111-5和111-6结合转动连接机构，臂112-3总是垂直于地面。

[00105]任何一个臂连接点111结合转动执行部件，所述转动执行部件在垂直上下方向和投影机的光轴的方向转动全部臂连接点111的转动连接机构。结合转动执行部件的臂连接点111是臂连接点111-1至111-8中的任何一个。当臂连接点111之一通过转动执行部件驱动并且转动时，其它臂连接点的转动连接机构驱动并且相互协力转动与转动执行部件相同的转动量。

[00106]转动执行部件被设置的需要位置是图26(C)中的臂连接点111-3或者111-4。其原因是如转动执行部件的重力部件使整个连接机构的重量当位于连接到投影机2的部分处是小于当位于臂的顶部时。

[00107]而且，获得用于测量屏幕1和投影机2之间相对位置和姿势的角度信息的角度传感器被设置用于臂连接点111中至少一个。基于通过这个角度传感器获得的角度信息，图像信号处理部分12计算屏幕1和投影机2之间相对位置和姿势，并且根据所计算的相对位置和姿势校正来自投影机2的图像光。

[00108]如图25所示，在这种结构的连接机构110中，平行从投影机2投影的图像光的光轴的臂112-1与投影机2连接。因而当投影机2由投影驱动机构41在全景摄影(pan and tilt)方向驱动时，在臂112-1的两端的转动连接机构和其它转动连接机构转动。例如，当投影机2由投影机2的投影驱动机构41驱动从而引导图像光向上在图27(a)中所示的情况中时，如图27(b)所示，全部转动连接机构被转动以保持臂112-1和臂112-2平行。如图28所示，当臂连接点111-1和111-7转动以驱动连接机构110从(a)状态到(b)状态时，臂112-2总是相互平行。

[00109]在这时，在连接机构110中，在臂连接点111处角度θ1和θ2的总和总是180度。因而，臂112-1和臂112-2与屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势无关，总是平行于投影机2的图像光的光轴，因而投影机2的图像光的光轴总是指向屏幕1的中心位置。

[00110]包括上述连接机构110的图像显示装置可以包括延伸机构120A和120B，其如图29所示延伸和减少臂122-2的长度。延伸机构120A和120B人工地或者自动地延伸或者缩合以改变屏幕1和投影机2之间的距离。在臂112-2的长度被设置到自动地改变的情况中，延伸机构120A和120B需要包括直线执行部件。当延伸机构120A和120B人工地或者自动地延伸或者缩合以移动预定位置的处的屏幕1到由屏幕1′表示的位置时，所述屏幕1′比预定位置更远离投影机2，图像光处理部分12根据屏幕1和投影机2之间相对位置的改变执行用于从投影机2投影的图像光的失真校正。

[00111]这允许图像显示装置总是引导投影机2的光图像的光轴到屏幕1上，并且增加屏幕1和投影机2在纵向方向中的位置的灵活性。

[00112]而且，如图30所示，包括连接机构110的图像显示装置可以包括总是保持屏幕1的投影平面相对投影机2处在确定角度的功能。这个功能由臂112-4(第五臂)执行，其总是平行臂112-1和臂112-1并且平行于从投影机2投影的图像光的光轴。臂112-4的一端在屏幕1的外围边缘中上下方向上被连接到屏幕1的中心位置，并且臂112-4的两端被连接到相同长度的两个臂112-3，所述臂112-3分别地连接到两个臂112-2。连接臂112-3和臂112-4的臂连接点111结合转动连接机构。

[00113]如图31所示，连接机构110如(d)中所示的由(a)中所示的平行连接机构、(b)所示平行连接机构、和(c)所示的平行连接机构组成，彼此相互连接。(c)所示的平行连接机构包括臂接连点111-10、111-5、111-8和111-9以及由转动连接机构连接的四个侧边。(b)所示平行连接机构的臂接连点111-5和(c)所示平行连接机构的臂接连点111-5安装在彼此上。

[00114]这样允许图像显示装置总是引导屏幕1的投影平面以确定角度朝向投影机2。因而，不需要执行改变如图10中的步骤S1至S7中用于图像光失真校正的失真校正参数的程序，即使当投影机2由投影机驱动机构41驱动时，总是显示没有失真的图像是可能的。

[00115]而且，如图32所示，包括连接机构110的图像显示装置可以包括围绕投影平面的中心位置在在投影平面的中心点处相互垂直的任意方向自由地转动屏幕1投影平面的功能。

[00116]这个连接机构110包括围绕臂112-3在臂112-3顶端转动的转动机构114，其连接到在屏幕1侧上的臂112-2的末端并且垂直地平面。这个转动机构114连接到臂113，其在屏幕1的外围边缘中在垂直方向从其中心点被连接到屏幕1的两个末端。转动机构114自动地或者人工地转动。如果转动机构114设置自动地转动，转动机构114结合转动执行机构。因而当转动机构114被驱动时，屏幕1的投影平面通过臂113在水平方向围绕投影平面在上下方向中的中心点转动。而且，连接机构110包括转动机构115，所述转动机构115在臂113和屏幕1的连接点处和在垂直于屏幕1的投影平面的垂直线的方向转动臂112-3。因而，当这个转动机构115人工或者自动地转动时，屏幕1的投影平面围绕屏幕1的投影平面的中心点在前后方向中水平方向转动。如果转动机构115设置为自动地转动时，转动机构115结合转动执行部件。

[00117]在这种结构的结构机构110被设置的情况下，当转动机构114和115转动以改变屏幕1相对投影机2的姿势时，图像信号处理部分12基于改变的姿势更新失真校正参数以使投影机2投影没有失真的图像光。

[00118]具有上述图像显示装置，即使当屏幕1在水平和前后方向上转动时，投影平面的中心点和投影机2之间的相对距离是固定的，因而总是投影没有失真的图像光在屏幕1上。

[00119]而且，上述包括连接机构110的图像显示装置可以包括制动机构，如图33所示所述制动机构固定转动连接机构在任何臂连接点111之一中。

[00120]这个制动机构包括设置在组成连接机构110的臂130末端处的转动部分132、挤压部分133、压力产生部分134，其容纳在每个臂连接点111的壳体131中。压力产生部分134由例如弹簧机构组成并且给由弹簧产生的压力到挤压部分133。挤压部分133通过压力产生部分134产生的压力与转动部分132接触以抑制转动部分132的转动。

[00121]在制动机构中，为转动连接到臂连接点111的臂130，如图34(a)所示，转动部分132不压向挤压部分133。为了使臂130进入防止其转动的锁止状态，如图34(b)所示，由压力产生部分134产生的压力提供到压力部分133，并且转动部分132通过压力部分133被压从而不能转动。

[00122]具有上述图像显示装置，即使当连接机构110被人工地操作以改变屏幕1和投影机2之间的相对位置和姿势时，不用在臂连接点111中的转动执行部分，臂连接点111可以通过制动机构稳定地固定。

[00123]而且，如图35中所示，包括连接机构110的图像显示装置可以包括在投影机2中补偿屏幕1的重量的功能。

[00124]这个功能由平衡部分140执行，所述平衡部分140包括臂141和重量部分142。臂141被连接到臂在地面侧上的伸展位置上，所述臂为连接到臂112-1的两端并且垂直地面的臂。臂141平行臂112-1和112-2。重量部分142的重量根据需要的屏幕1相对投影机2的位置设置。重量部分142的重量可以任意改变。

[00125]以投影机2的中心点在前后方向被设置为支撑的点，平衡部分140通过重量部件提供投影机2保持投影机姿势在预定姿势的力。

[00126]由于包括平衡部分140的图像显示装置，减少用于操作者在垂直方向(Y轴方向)移动屏幕1需要的力并且提高操作性能是可能的。而且，用执行部分驱动屏幕1比在不包括平衡部分140的结构中需要较小的驱动力。

[00127]上述实施例只是本发明的例子。因而，本发明不限于上述实施例，显然地根据所述设计或者类似的没有背离根据本发明的技术方案及实施例的范围的多种改变是可以的。

[00128]例如，在上述说明中，从投影机2投影到屏幕1上的图像类型不是特定的。然而，在图像显示装置被放置在手术室中和在内视手术中内视摄像头被直接地插入病变组织的情况中，从内视摄像头获得的视频信息(图像信号)被输入进图像信息处理部分12的图像产生部分21，并且从投影机2投影到屏幕1上，使提供给手术者身临其境的图像成为可能。

[00129]而且，内视摄像头获得的图像信息也从投影机2投影到屏幕1，设置在手术室中并且测量目标情况的来自多种类型的测量设备的信息(血压计和脉搏表)可以被投影在屏幕1上。在这种情况下，通过血压计和脉搏表测量的表示数值的特征信息被添加在图像信号中，所述图像信号通过图像产生部分21产生并且经受通过校正处理部分22的图像失真校正处理程序，然后，图像光从投影机2投影。具有这个图像显示装置，实现在其中手术情况可以被显示给手术者的手术室成为可能，其通过图像产生部分21产生用于显示手术情况的图像信号，包括由内视摄像头捕获的图像信号和目标的生物信息(血压、脉搏等等)，并且将其从投影机2投影到屏幕1上。

[00130]在这种手术室中，当实时显示从内视摄像头获得的图像给手术者，并且同时实时地显示更新的目标的生物信息给手术者时，手术的进步成为可能。因而，来自内视摄像头的图像和生物信息可以从相同的观察点观察。而且，通过给予图像显示装置以手术的导航角色，提供手术可以在其中正确并且快速地完成的手术室在为可能。

[00131]而且，例如由计算机图形或者类似物通过显示目标的图像在屏幕1上，并且通过计算机图形显示手术的程序在屏幕1上，基于从手术者戴着的具有传感器的手套上获得的传感器信号，根据对手术者的手的监视，图像显示装置可以与手术模拟程序合作构成执行虚拟手术模拟的模拟器。在这种情况中，根据带有传感器的手套的传感器信号，图像产生部分21产生手术地点的CG图像。具有这种手术模拟器，由于显示在屏幕1的图像是没有失真的图像，观察者(手术者)可以沉浸在模拟世界如同没有对图像感觉奇怪的虚拟现实。

工业实用性

[00132]本发明为观察者提供现实的图像空间，并且实现投影图像在屏幕上以产生真实的图像的感觉的愿望。

Claims (23)

1.一种图像显示装置，包括：

图像投影单元，所述图像投影单元接收图像信号并且投影图像光；

图像显示单元，所述图像显示单元包括任意形状的投影面，来自图像投影单元的图像光被投影到其上；

连接单元，所述连接单元包括多个臂，和连接机构，所述臂连接图像投影单元和图像显示单元，所述连接机构允许图像投影单元和图像显示单元之间的相对位置和姿势人工地或者自动地改变；

测量单元，所述测量单元测量图像投影单元和图像显示单元之间的相对位置和姿势；和

图像信号处理单元，所述图像信号处理单元计算用于从图像投影单元投影到图像显示单元上的图像光的失真校正的校正参数，并且基于计算的校正参数为输入进图像投影单元的图像信号执行失真校正处理；其中所述校正参数的计算基于通过测量单元测量的相对位置和姿势、预先设置的观察者的观察位置、图像显示单元的投影平面的形状、从图像投影单元投影的图像光的视场角、交点和投影图像在虚拟投影平面上的中心点之间差异的偏离量，其中所述交点为与图像投影单元的预先设置的光轴垂直的虚拟投影平面与光轴的交点。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中连接单元改变图像投影单元的图像光投影方向以匹配从图像投影单元投影的图像光的光轴与图像显示单元的投影平面的预定位置，

测量单元响应于图像投影单元通过连接单元的图像光投影方向的改变，测量图像显示单元相对图像投影单元的位置和姿势的位置和姿势，并且

响应于通过测量单元测量的新的相对位置和姿势，图像信号处理单元基于新的相对位置和姿势更新校正参数。

3.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，还包括：显示情况判断单元，所述显示情况判断单元检测图像显示单元的图像投影范围，并且判断是否图像光被投影在整个图像显示单元上，其中

当通过显示情况判断单元判断图像没有投影在整个图像显示单元上时，连接单元改变图像显示单元和图像投影单元之间的相对位置和姿势以允许图像光投影在整个图像显示单元上；和

图像信号处理单元根据图像投影单元和图像显示单元之间的改变的相对位置和姿势更新校正参数。

4.根据权利要求1或2所述的图像处理单元，进一步包括：

显示情况判断单元，所述显示情况判断单元检测在图像显示单元的边缘部分的图像显示情况，并且判断图像光是否被投影在整个图像显示单元，其中

当通过显示情况判断单元判断图像没有被投影在整个图像显示单元时，连接单元改变图像显示单元和图像投影单元之间的相对位置和姿势，以允许图像光被投影在整个图像显示单元；并且

图像信号处理单元根据改变的图像显示单元和图像投影单元之间的相对位置和姿势更新校正参数。

5.根据权利要求1至4任何一项所述的图像处理单元，其中能够改变图像光的反射方向的反射镜设置在图像投影单元和图像显示单元之间，图像投影单元的图像光通过反射镜投影在图像显示单元上。

6.根据权利要求1至5任何一项所述的图像处理单元，进一步包括：

观察位置测量单元，所述观察位置测量单元测量观察者的观察点，其中

连接单元控制图像显示单元的高度以匹配由观察位置测量单元测量的观察位置的高度，和

图像信号处理单元根据图像显示单元的高度变化更新校正参数。

7.根据权利要求1至6任何一项所述的图像处理单元，进一步包括：

指令输入单元，所述指令输入单元检测观察者的语音或者操作，并且基于检测的语音或者操作，输入指令以改变图像显示单元的位置和姿势，其中

连接单元根据由指令输入单元输入的指令改变图像显示单元的位置和姿势，并且

图像信号处理单元根据图像显示单元改变的位置和姿势更新校正参数

8.根据权利要求7所述的图像显示装置，其中

指令输入单元检测观察者的语音或者操作，并且基于语音或者操作输入指令以固定图像显示单元的位置和姿势，并且

连接单元根据由指令输入单元输入的指令固定图像显示单元的位置和姿势。

9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

连接单元包括：

第一臂，所述第一臂设置成与从图像投影单元投影的图像光的光轴平行，并且固定到图像投影单元上；

多个第二臂，所述第二臂与第一臂在光轴方向中的不同位置相连接，并且垂直地连接到地面；

多个第三臂，所述第三臂与每一第二臂在垂直方向中的不同位置相连接，并且平行于图像光的光轴；和

第四臂，所述第四臂从第三臂垂直地连接到地面，并且连接到图像显示单元，和

第一臂和第二臂的连接点、第二臂和第三臂的连接点、第三臂和第四臂的连接点自由地转动以允许从图像投影单元投影的图像光的光轴投影在图像显示单元的投影面的任意位置上。

10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中

连接单元包括延伸机构，所述延伸机构改变第二臂的长度，并且所述延伸机构自动地或者人工地延伸或者收缩以改变显示投影单元和图像显示装置之间的位置。

11.根据权利要求9所述的图像显示装置，包括：

第五臂，所述第五臂以相对图像投影单元的投影面预定角度固定图像显示单元的投影面，并且与图像光的光轴平行地连接到图像投影单元。

12.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中

第四臂包括转动机构，所述转动机构允许投影面相对图像投影单元的姿势围绕投影面的预定位置自由地转动。

13.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中

第一和第二臂、第二和第三臂、第三和第四臂的连接点中的任何一个包括制动机构，所述制动机构固定连接点的转动以允许从图像投影单元投影的图像光的光轴投影在图像显示单元的投影面的任意位置上。

14.根据权利要求9所述的图像显示装置，包括：

平衡重，所述平衡重产生力，所述力保持图像投影单元的姿势在预定的姿势以保持图像显示单元的位置相对图像投影单元在预定的位置。

15.根据权利要求1至14任何一项所述的图像显示装置，其中

图像投影单元投影由一个或者多个图像光投影部分提供的具有视差的图像光线，以使图像显示单元显示立体图像。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的图像显示装置，包括：

观察点监视单元，所述观察点监视单元监视观察者的观察位置并且检测监视的观察位置从预定的设置观察点偏离；和

通知单元，所述通知单元通知观察点监视单元是否检测到监视到的观察位置从预定的设置观察点偏离。

17.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中

通知单元是输出声音到观察者的声音输出单元，并且通过使声音输出单元输出声音，观察点监视单元通知监视的观察点偏离预定观察位置。

18.根据权利要求17所述的图像显示装置，其中

观察点监视部分根据被监视的观察位置从预定观察位置偏离的量或者方向，改变从图像输出部分输出的声音的状态。

19.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中

图像投影单元作为通知单元，并且监视部分的观察点通过改变图像投影单元投影的图像光的颜色，通知监视的观察位置偏离预定观察位置。

20.根据权利要求19所述的图像显示装置，其中

观察点监视部分根据监视的观察点偏离预定观察位置的量或者方向，改变图像投影单元投影的图像光的状态。

21.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中

通知单元是发射光到观察者的光发射单元，并且观察点监视部分通过使光发射单元发射光，通知监视的观察位置偏离预定的观察位置。

22.根据权利要求21所述的图像显示装置，其中

观察点监视部分根据监视的观察位置偏离预定观察位置的量或者方向，改变光发射单元发射的光的状态。

23.一种用于图像显示装置的图像失真校正方法，所述图像显示装置包括：

图像投影单元，所述图像投影单元接收图像信号并且投影图像光；图像显示单元，所述图像显示单元包括任意形状的投影面，来自图像投影单元的图像光被投影其上；连接单元，所述连接单元包括多个臂和连接机构，所述臂连接图像投影单元和图像显示单元，所述连接机构允许图像投影单元和图像显示单元之间的相对位置和姿势人工地或者自动地改变；和测量单元，所述测量单元测量图像投影单元和图像显示单元之间的相对位置和姿势；所述图像失真校正方法包括步骤：

计算校正参数，所述校正参数用于校正图像投影单元投影在图像显示图像光的失真，所述计算基于通过测量单元测量的相对位置和姿势、观察者的预定位置、图像显示单元的投影面的形状、从图像投影单元投影的图像光的视场角、交点和中心点之间差异的偏离量，所述交点为与图像投影单元的预先设置的光轴垂直的虚拟投影平面与光轴的交点，所述中心点为在虚拟投影平面上投影图像的中心点；和

基于校正参数为输入进图像投影单元的图像信号执行失真校正处理。

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