JP2004088169A - Image display - Google Patents

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JP2004088169A
JP2004088169A JP2002242594A JP2002242594A JP2004088169A JP 2004088169 A JP2004088169 A JP 2004088169A JP 2002242594 A JP2002242594 A JP 2002242594A JP 2002242594 A JP2002242594 A JP 2002242594A JP 2004088169 A JP2004088169 A JP 2004088169A
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Naoki Kobayashi
小林 直紀
Yoshito Umeda
梅田 義人
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display which accurately and quickly corrects the distortion of an image projected on a screen. <P>SOLUTION: The display comprises a means for projecting a projective image on a projecting plane, a two-dimensional PSD for receiving reflected lights from a plurality of light points on the image projected on the projecting plane, a position detector circuit for detecting the positions of the plurality of light points, and a control means for detecting and correcting the distortion of the image projected on the projecting plane by the image projecting means, based on the positions of the plurality of light points detected by the position detector circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコンやビデオ機器等から送られた文字や図形等をスクリーン上に投影する画像表示装置(プロジェクタ)に関し、特に、画像表示装置による画像投射角度がスクリーン面(投影面)に対して垂直でないときに生じる投影像の歪みを補正する画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、スクリーン上に画像を拡大して投影する画像表示装置が知られている。
この画像表示装置は、フロント型とリア型に大別されている。フロント型は、映画のように画像表示装置の前方に設置したスクリーンに向けて画像を投影するタイプで、リア型は画像表示装置本体内に透過式のスクリーンが内蔵されていて、このスクリーンの裏側から画像を投影するタイプのものである。
【0003】
フロント型画像表示装置においては、画像表示装置本体とスクリーン等の投影面とが別体で構成されていることから大画面表示が可能であるが、画面サイズに比例して投影距離を長くとる必要がある。しかし、画像表示装置による画像投射角度がスクリーン面(投影面)に対して垂直になるように配置されていない場合(例えば、鉛直状に設置されたスクリーン面に対してスクリーンの下側位置から上方に向けて投射する配置関係の場合、画像表示装置自体が傾いている場合等)には、スクリーンの配置距離が長くなればなる程に、投影画像は台形状や四辺形状に歪んでしまうこととなる。
【0004】
この歪みを補正する従来の手段としては、操作を行う者がスクリーン上の投影された画像を見ながら画像表示装置本体の調整装置を手動操作する他に、例えば特開平8−9309号公報に開示されているように、画像表示装置の投射面から発する投射光と投影面からの反射光とからその歪み量を自動検出して歪み補正を行うことが知られていた。そして、本装置においては、超音波方式やLED又はレーザーダイオードを利用した距離センサにより本体装置とスクリーンの複数の点との距離を測定することにより生じ得る歪みを補正するか(実施例1)、又は予め定められた複数の光点を有するテストパターン画像を投影し、画像表示装置内に設置されたCCDカメラが各光点の位置を検出することより投影面(スクリーン面)上の画像の歪みを検出していた(実施例2)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような距離センサやCCDカメラを使用する歪み検知方法においては、ハードウェア及びソフトウェアにおける複雑な処理を必要とし多くの処理時間を必要とすることから、歪み補正処理全体の処理速度が遅いという問題があった。
【0006】
また、検知手段としてCCDカメラを使用する場合は、投影面から取り込まれたテストパターンにおける複数の光点の焦点が合わずに光点の輪郭がぼやけてしまっている場合、各光点の位置が正確に検知できないために、結果として投影面上の像の歪みを正確に検知できずに、正確な歪み補正ができないといった問題があった。
【0007】
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、投影面上に投影される画像の歪み補正を正確且つ迅速に行うことが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する2次元PSDと、前記2次元PSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えた画像表示装置を提供するものである。
【0009】
ここで、本発明の画像表示装置は前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する2次元PSDを設けたことで、前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを正確且つ効率よく補正することが出来る。
【0010】
さらに、本発明は、投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知する傾き検知手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光するPSDと、前記PSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記傾き検知手段が検知した検知結果に基づいて前記投影面上に投影される投影像の垂直方向又は水平方向の何れか一方向の傾きによる歪みを検出して当該歪みを補正し、前記PSDにより検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記投影面上に投影される投影像の他方向の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えた画像表示装置を提供するものである。
【0011】
ここで、PDSと、さらに傾き検知手段を設けたことにより、前記投影面上に投影される投影像の歪みと傾きを正確に且つ短時間で補正することが可能となった。
【0012】
前記傾き検知手段は、ジャイロスコープであり、装置本体を支持する支持手段に対する装置本体の傾きを検知することにより前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知する構成である。
【0013】
さらに、前記PSDは、1次元PSD、又は、2次元PSDであっても実現可能である。
【0014】
さらに、本発明は、投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する二つのPSDと、前記二つのPSDの一方のPSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の垂直方向における位置を検知し、他方のPSDの出力に基づいて前記複数の光点の水平方向における位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて、前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して補正する制御手段と、を備えた画像表示装置を提供するものである。
【0015】
前記二つのPSDは、それぞれ1次元PSDである。
【0016】
ここで、画像表示装置に二つのPSDを設けたことにより、2次元PSDで起こり得る電極相互の干渉がなく、前記投影面上に投影される投影像の歪みと傾きを正確に且つ短時間で補正することが可能となった。
【0017】
ここで、前記制御手段は、所定時間毎に、前記投影像の歪みの検出と補正を行うように構成されている。これにより、時間経過とともに、投影面あるいは画像表示装置自体が変化することで投影像に歪みが生じても自動的に補正され歪みのない投影象を提供することができる。
【0018】
さらにまた、前記PSDは、少なくとも一対の電極と、前記光点からスポット状の光を受けて前記少なくとも一対の電極に供給される電流を生じさせる光電変換手段と、前記少なくとも一対の電極間において前記電流を導電する抵抗体と、を有する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態例を図に基づいて詳細に説明する。
【0020】
本画像表示装置は、パソコン等に接続して使用される画像プロジェクタ(以下、「プロジェクタ」という)である。プロジェクタ11には液晶パネルを使用する液晶方式と、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を使用するDLP(デジタル・ライト・プロセッシング)方式があるが、以下に示す実施形態は後者のDLP方式によるプロジェクタ11の例について説明するが、液晶方式のプロジェクタにおいてもそのまま本発明が適用されることはいうまでもない。
【0021】
図1は、上記DLP方式を採用したプロジェクタ11の実施形態の構成を示したものである。このプロジェクタ11は、画像信号入力手段12、画像処理手段13、画像投影手段14、画像入力手段(15a、15b)、自動焦点調整手段16、自動歪み補正制御手段17と、必要に応じて傾き検知手段18、及び、その他画像投影手段14に備えられている光源(ランプユニット24)等によって構成されている。また、前記プロジェクタ11とは別に、前記画像投影手段14によって投影されたイメージ画像を表示する投影面(スクリーン20)を外部に備える。
【0022】
前記画像信号入力手段12は、画像信号入力を実現するもので、パソコンやビデオ機器等の外部機器12aあるいはプロジェクタ11に内蔵されている画像メモリ12bから画像信号を取り入れるインターフェイス部を備えている。このインターフェイス部では、パソコンで作成された文章や図表等のデジタル信号であれば直接画像処理手段13に転送し、ビデオ機器等から出力されるビデオ出力信号、Y/C出力信号あるいはRGB出力信号のようなアナログ信号であればA/D変換処理して画像処理手段13に転送する。
【0023】
この画像信号入力手段12によって取り込まれる画像信号は、本来の文字や図表の他に後述する自動焦点調整手段16、自動歪み補正制御手段17及び傾き検知手段18において使用されるテスト画像が含まれる。
【0024】
このテスト画像には図2に示すように、中心部や四隅が点状に白色発光するパターン1からパターン6が用意される。なお、前記パターン1は後述する画像入力手段15aにおける受光部41に搭載される受光素子がCCDの場合に使用され、パターン2乃至パターン6はPSDの場合に使用される。
【0025】
画像処理手段13は、図3に示すように、デジタルプロセッサ(CPU)を中心にデジタルフォーマット部、デジタルディスプレイ部、DMD駆動部とを備え、前記画像信号入力手段12、後述する自動歪み補正制御手段17及び傾き検知手段18を経由した画像信号に対して各種のデジタル信号処理を施す。
【0026】
ここでの処理内容は表示させる画像の種類に応じて周知の画像処理技術が使用されるが、その主なものを示せば、画像のサイズを適宜のサイズに変更するスケーリング、複数の画像の合成や画像に付加する色の変換、その他、誤差拡散、ガンマ補正等である。このようにして処理された画像データは、フレームメモリに逐次記憶される。そして、メモリ制御部によって、前記フレームメモリに記憶された画像データを取り出し、後述するランプユニット24及び画像投影手段14によって光の像として投影される。
【0027】
画像投影手段14は、前記画像処理手段13によって変換されたイメージ画像をランプユニット24の発する光によって投影レンズ40から所定距離離れたスクリーン20上に投影させる機構を備えたものである。図4及び図5は画像投影手段14の構成を示したものであり、ランプユニット24を構成するランプ31の発光面34からカラーホイール35、インテグレータ36、コンデンサレンズ37、DMD38(デジタル・マイクロミラー・デバイス)、ミラー39、投影レンズ40の順に配列されている。
【0028】
前記ランプユニット24は、白色光を発するランプ31と、このランプ31の背面を囲う半円形の反射板32とで構成されている。また、ランプ31の発光時に発する熱を冷ますために、冷却用のファン33が備えられている。前記カラーホイール35は、RGB(赤、緑、青)からなる3つの色領域が形成された一枚の円盤状のフィルタであり、高速で回転しながらランプ31から発する白色光を透過させる。そして、前記透過した光はインテグレータ36を介してコンデンサレンズ37に至る。
【0029】
このコンデンサレンズ37で集光させた光は、ミラー39によってDMD38の表面に反射される。前記DMD38は、プロジェクタ用の表示デバイスとして開発されたもので、指先サイズのシリコンチップを基板とし、その上に超小型のアルミ製可動ミラーを多数形成したものである。前記可動ミラーの数は表示させる画像の画素分備えられており、各可動ミラーの僅かな傾斜による反射光によって、投影される画像の色調等を調整している。
【0030】
次に、本発明のプロジェクタ11において、投影像の歪みを正確且つ迅速に補正可能とするための主要手段である画像入力手段(15a、15b)、自動焦点調整手段16、自動歪み補正制御手段17及び傾き検知手段18について詳細に説明する。
【0031】
図6は、プロジェクタ11の正面斜視図を示す。図6(a)は、2次元PSD25aを装着したプロジェクタ11を示し、投影レンズ40と、投影レンズ40に対して所定の位置に2次元PSD25aの受光部41が配設されている。図6(b)は、1次元PSD25bを2個(縦方向位置、横方向位置検出用)装着したプロジェクタ11を示し投影レンズ40に対して、各々のPSD受光部41が所定の位置に配設されている。図6(c)は、投影レンズ40に対して所定の位置に横1次元PSD25bの受光部41と、支持手段60と、プロジェクタ11内に傾き検知手段18が配設されている。
【0032】
なお、図1には、画像入力手段(15a、15b)を2系統示しているが、実際の装置構成では、一つの画像入力装置を切替えて自動焦点調整手段16及び自動歪み補正制御手段17に反射光あるいは反射像を取り入れている。
【0033】
前記画像入力手段(15a、15b)は、図7に示すように、受光部41と、信号処理部42と、A/D変換部43とを備えた構成となっている。前記受光部41はスクリーン20で反射された光を受光するPSD25a、25b(Position Sensitive Detector)あるいはCCD(Charge Coupled Device)からなる受光素子を備える。
【0034】
上記した、PSD25a、25bは、いわゆる位置検出素子と呼ばれ、後述する自動焦点調整手段16においては、スクリーン20で反射された光の入射位置を検出し、この入射位置によって画像投影手段14に備えられている投影レンズ40からスクリーン20までの距離を算出する。
【0035】
また、後述する自動歪み補正制御手段17においては、前記図2に示したパターン1又はパターン2〜パターン6の白色発光点の位置を検出し、歪み補正を行うための座標に変換する。前記発光部41の受光素子であるPSD25a、25bは、前記画像投影手段14から連続投影されるパターン2からパターン6が逐次取り込まれる。
【0036】
本発明の画像表示装置においては、2次元PSD又は二つの1次元PSDによって投影像の歪みを検知するも可能であるが、スクリーン20(投影面)に対する垂直方向又は水平方向の何れか1方の傾きを検出するのに、傾き検知手段18を利用することが可能である。
【0037】
この場合、傾き検知手段18の例として、図8に示すようにジャイロスコープ48aを利用する。ジャイロスコープ48aは、プロジェクタ11本体を支持する支持手段に対するプロジェクタ11本体の傾き検知することによりスクリーン20に対するプロジェクタ11本体の投光軸の傾きを検知する。
【0038】
この傾き検知手段18は、ジャイロスコープ48aで検知したプロジェクタ11本体の傾き信号を傾き補正処理部48bで処理し、傾き補正処理部48bは傾き補正信号を傾き制御手段49に送り支持手段60を稼働することにより投光軸の傾きを補正して基準の投光軸に一致させるように構成されている。
【0039】
次に、本発明に係る画像表示装置に用いられるPSD25について説明する。
【0040】
図9は、PSD25b(1次元)の基本構成の断面図を示す。図9(a)は、PSD25bの平面図を示す。図9(b)は、PSD25bの断面図を示す。PSD25bの基本構造は、高抵抗半導体基板の片面、又は両面に均一な抵抗層が形成され、抵抗層の両端に信号取り出し用の一対の電極が設けられている。受光面は、抵抗層であると同時にPN接合をも形成しており、光起電力効果により光電流を生成する。
【0041】
図9に示すように、PSD25においては、N型高抵抗シリコン基板の表面に、受光面と抵抗層を兼ねたP型抵坑層を形成しており、その両端に1対の出力電極が形成されている。また、裏面はN層であり、共通電極が形成されている。従って、PSD25bに光束が入光すると入射位置には光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、それぞれの電極までの距離に逆比例して分割され出力電極X1、X2より取り出される。
【0042】
これにより、出力電極X1、X2より取り出された出力電流の差又は比を求め、光強度及びその変化に無関係に、の入射位置を求めることが出来る。尚、ここで求められる光の入射位置は、光量の中心に当る。
【0043】
PSD25には、半導体面と電極の構造により1次元PSD25bと、2次元PSD25aがある。2次元PSD25aは、構造により両面分割型と表面分割型に分けられ、さらに、表面分割型には受光面、電極に改良を加えた改良表面分割型PSD25aがある。それぞれの構造によって入射位置換算式が異なる。
【0044】
図10は、両面分割型PSD25aの構成例の断面図を示す。図10(a)は、PSD25aの平面図を示す。図9(b)は、PSD25aの断面図を示す。
両面分割型PSD25aは、図9に示した1次元PSD25bのN層もP層と同様に抵抗層となっており、両面の抵抗層(P層、N層)の取り付け方向を直行させた構成となっている。
【0045】
2次元PSD25aは、各出力電極をX1、X2、Y1、Y2とし、表面の電極からX軸方向の位置信号が、裏面の電極からY方向の位置信号が出力される。
このように両面分割型PSD25aは、両面で極性の異なる電流が分割されるため、優れた分解能を実現する。PSD25は、非常にシンプルな構成と動作であり、出力電流は、位置データそのものを表す電流であるのでX、Yの位置データが即座に得られる。
【0046】
このような構成により、PSD25は、温度や湿度の変化によって位置の測定精度が大きく変動することはない。また、CCDのように、画像データを取り込んでから、ハード、ソフトの複雑な処理を必要とすることもない。さらに、PSD25は、CCDに比べ分解能も高く、測定の単位も0.5マイクロメートルからメートルの単位まで取ることが可能である。また、PSD25は、今、受光している光量の重心値が得られるため形状が変わらなければ位置データに変化は生じない。従って、画像がピンボケであっても一様に拡がっていれば正確な位置データが得られ安定した位置測定が可能である。
【0047】
上記したように2次元PSD25aは、1個のPSD25aでX、Yの位置データを検出するが、1次元PSD25bは、X位置、Y位置情報の検出をそれぞれ別のPSD25bで検出する。即ち、縦位置と横位置の情報を得るためには、2個のPSD25bにより位置を検出する。このように、2次元PSD25aや1次元PSD25bを使用した場合は、上記した傾き検知手段を用いて、スクリーン20(投影面)に対する垂直方向又は水平方向の何れか1方の傾きを検出する必要はない。
【0048】
次に、本発明に係るプロジェクタ11における画像表示動作を説明する。
【0049】
本発明に係る画像表示は、パソコンやビデオ機器等の外部機器あるいは内蔵された画像メモリ12bから画像信号を取り込む画像信号入力をおこない、入力した画像信号を投影像に変換する画像処理を行う。該画像処理によって形成された投影像をスクリーン20(投影面)上に拡大投影する。次に、投影面までの距離を測定して投影像の焦点を自動調整し、焦点調整された投影像の反射像を取り込む。取り込まれた反射像の歪みを自動補正するように動作する。
【0050】
自動焦点調整は、画像投影によって投影面上に投影された投影像からの反射像(反射光)を受けて、投影面までの距離を測定する処理と、この測定された距離値に基づいて投影レンズを駆動させる投影レンズ駆動が行われる。投影面までの距離測定は、画像投影での駆動操作によって光源(ランプ)から発する光の投影面からの反射光が利用され、この反射光がPSD25(位置検出素子)のどの位置に受光するかを検出し、この検出された位置によって計算される。そして、計算された距離値に基づいて投影レンズの駆動制御が行われる。
【0051】
画像入力は、自動焦点調整において適正に焦点調整が行われた投影像の反射像を取り込む処理が行われる。取り込む反射像は、投影像の中心位置を示す中心点と、投影像の四隅の位置を示す4箇所の端点とを同時若しくは経時的に組み合わせたテストパターンが用いられる。この反射像の取り込みは、自動焦点調整でも使用される25を備えた受光部によって行われる。PSD25は、受光操作を行う毎に、反射像のある一点の位置を記憶する方式となっているので、例えば、テストパターンの中心点から4箇所の端点まで計5回の受光操作を連続して行う。
【0052】
自動歪み補正は、PSD25(画像入力)によって位置検知回路に取り込まれた反射像の中心点及び4箇所の端点の座標位置から後述するキーストン補正手法を用いて演算処理を行い、歪みの補正された画像に変換する。そして、歪み補正がなされた画像信号が画像投影手段14に送られ、再びスクリーン20に投影される。
【0053】
ここで、自動焦点調整手段16は、図11に示すように、前記投影レンズ40とスクリーン20との間の距離を測定するための測距機構44と投影レンズ40を駆動させるためのレンズ駆動機構45とを備えており、測距機構44では前記画像入力手段15aによって取り込まれた反射光あるいは反射像からスクリーン20までの距離を正確に割り出し、焦点が合うようにレンズ駆動機構45を操作することで投影像の焦点が自動で調整される。
【0054】
前記測距機構44では、前記画像入力手段15aの受光部41を構成する受光素子がPSD25かCCDかによって処理方法が異なる。PSD25の場合は、スクリーン20に投影された投影像のある一点(中心点)からの反射光がどの位置に入射されたかを検出し、この入射位置に応じて距離値が計算処理される。
【0055】
そして、前記計算された距離値に基づいて投影レンズ駆動量が定まり、この駆動量を電気信号に変換した後、レンズ駆動機構45によって投影レンズが駆動制御される。一方、受光素子にCCDを用いた場合は、スクリーン20で反射された反射像のコントラストを電気信号に変換し、その波形を解析して行う。
【0056】
この動作を簡単に説明すると、最初にCCDの中央部(オートフォーカスエリア)にいったん結像した画像は、コントラストを電気信号(波形)に変換する。
そして、この波形はHPF(ハイパスフィルタ)によって解析用の信号波形に成形される。このHPFを通した波形は焦点が合っていない場合は起伏がなだらかとなり、焦点が合っていれば起伏が急峻となる。レンズ駆動機構45では前記波形を見て一番起伏が急峻な波形が検出された位置で投影レンズ40を停止させることによって行われる。
【0057】
本実施形態では、スクリーン20に向けた投影像を画像投影手段14の投影レンズ40及びランプ31で作り出したが、専用の発光源(例えば、LED)をこの自動焦点調整手段16の内部に別途設けてもよい。
【0058】
自動歪み補正制御手段17は、図12に示すように、キーストン演算部46とキーストン補正処理部47とを備えている。前記キーストン演算部46には前記画像入力手段15bを介して前記自動焦点調整手段16で焦点調整済みの投影像の反射像を取り込む。この反射像及び反射像の取り込みに関しては、前記画像入力手段15aにおいて説明したので省略するが、取り込まれた反射像はPSD25により検出された所定の座標が付与されたデータに変換される。
【0059】
そして、このデータに対して後述するキーストン演算を行い、キーストン補正処理部において、画像の枠部の歪み(台形歪み)を補正する。ここで補正処理された画像信号は図3に示した画像処理手段13のデジタルフォーマット部に送られ、所定の画像フォーマットに変換後、デジタルディスプレイ部、DMD駆動部を経て画像投影手段14に再度引き渡される。この自動歪み補正制御手段17を通すことによって、文字や図表等の焦点がぴったり合い、しかも台形歪みのないきれいな画像としてスクリーン20上に表示される。
【0060】
また、図1に示したように、前記画像入力手段(15a、15b)、自動焦点調整手段16、自動歪み補正制御手段17及び傾き検知手段18の起動を制御する起動制御手段19をプロジェクタ11内に設けることもできる。この起動制御手段19は、画像投影手段14の起動を検知するセンサやタイマ/カウンタ回路を備えており、画像投影手段14による投影に連動して画像入力手段(15a、15b)、自動焦点調整手段16、自動歪み補正制御手段17及び傾き検知手段18の一連の処理を行わせることで、最初から歪みのない画像を表示させることができる。
【0061】
さらに、前記タイマ/カウンタ回路に所定のカウント値をセットしておけば、所定周期ごとに画像入力手段(15a、15b)、自動焦点調整手段16及び自動歪み補正制御手段17の一連の処理が実行されるので、画像投影中にプロジェクタ11やスクリーン20の位置が振動や衝撃等によってずれた場合でも歪みのない画像に周期的に補正することができる。
【0062】
なお、前記タイマ/カウンタ回路を介さず、前記前記画像入力手段(15a、15b)、自動焦点調整手段16及び自動歪み補正制御手段17に対して操作者が任意のタイミングで割り込みをかけることでプロジェクタ11やスクリーン20がずれた場合に適宜補正を行わせることができる。
【0063】
次に、前記自動歪み補正制御手段17による台形歪みの補正方法の一例を図12に基づいて説明する。
【0064】
図13(a)は、前記画像入力手段15bを介して台形歪みが生じた反射像を図9に示した受光部41を経由して自動歪み補正制御手段17のキーストン演算部46に取り込んだときの画像データを示したものである。
【0065】
この画像データに対して歪み補正をかける場合は、先に取り込んだ図5のパターン1又はパターン2〜パターン6を基に画像の中心座標O(0,0)と四隅の端点座標A(xa,ya)、B(xb,yb)、C(xc,yc)、D(xd,yd)を算出する。
【0066】
図13(b)に示すように、前記算出された端点座標A〜Dの中で中心座標O(0,0)から最初にX軸に最も近い座標A(xa,ya)とD(xd,yd)をX軸方向の基準として、座標B(xb,yb)がAのX座標(xa)と同一になるB1(xb1,yb1)に収縮され、座標C(xc,yc)がDのX座標(xd)と同一になるC1(xc1,yc1)に収縮される。以上の操作で画像の横方法の歪みが補正される。
【0067】
続いて、前記図12(b)の横方向の歪みが補正された画像を基準として縦方向の歪みを補正する。図12(c)に示すように、今度は座標D(xd,yd)とC1(xc1,yc1)をY軸方向の基準として、座標A(xa,ya)がDのY座標(ya)と同一になるA2(xa2,ya2)に収縮され、座標B1(xb1,yb1)がC1のY座標(yc1)と同一になるB12(xb12,yb12)に収縮される。
【0068】
このような横方向及び縦方向の座標を順に補正していくことによって図13(c)に示されるような台形歪みのない四角形の画像データを生成することができる。本実施形態では、横方法及び縦方向の両方が歪んだ画像を補正する例を示したが、キーストン演算部46で座標計算した結果、横方向のみあるいは縦方向のみ歪みを検出した場合は、その歪んだ方向に対してのみ補正をかければよい。
【0069】
前記自動歪み補正制御手段17で用いられたキーストン補正は、台形歪みを補正するために従来から用いられた手法であるが、このキーストン補正を掛ける画像自体が事前に傾き検知手段18により水平方向又は垂直方向か調整され、自動焦点調整手段16を通し、適正に焦点調整が行われているため、テストパターンの位置や輪郭が明確となり、歪み位置を示す座標変換が正確に行える。このため、上記自動歪み補正制御手段17による自動歪み補正がより確実に行い得る。
【0070】
次に、上記した実施形態のプロジェクタ11の実際の補正手順を図14に基づいて説明する。図14の(ST1)〜(ST14)は歪み補正を全て自動で行う手順を示したものである。以下、補正手順にしたがって説明する。
(ST1) 画像表示装置とスクリーンとの位置決めを行い、画像表示装置の電源をオンにする。
(ST2) パソコンやビデオ機器等の外部機器あるいは画像表示装置に内蔵されている画像メモリに対して画像信号の送信を要求する。
(ST3) 歪み補正の自動実行周期を計るためのタイマ/カウンタを起動する。
(ST4) 前記(ST2)で要求された画像信号が入力できたかどうかを確認する。
(ST5) 入力された画像信号に対してデジタル処理を施し、イメージ画像からなる投影象に変換する。
(ST6) 前記投影像をランプユニットから発する光源に乗せてスクリーン上に投影する。
(ST7) プロジェクタ11がジャイロスコープ48aにより測定した垂直方向又は水平方向に傾きがある場合は、支持手段を基準の投光軸軸の垂直方向又は水平方向に一致するように補正する。
(ST8) 前記投影像と、この投影像の反射像から焦点距離を算出して焦点を自動調整する。
(ST9) 前記焦点調整された投影像のスクリーン面を介した反射像を取り込む。
(ST10) 前記取り込まれた反射像の歪みをキーストン補正手法等によって補正する。
(ST11、12) 前記補正された画像信号をデジタル変換した後、画像投影手段を介してスクリーン上に再投影する。
(ST13) 前記ST10、11での処理終了した後、タイマ/カウンタの値を一つUP又はDOWNさせる。ここでカウント値が0になった場合は次の電源オフ手順(ST14)に進むが、カウント値が残っている場合は、カウント値が0になるまで回り続け、歪み補正をかけるタイミングを周期的に計っている。
【0071】
上記図14に示した操作手順によれば、タイマ/カウンタに設定した周期で投影像の歪みを自動修正するので、プロジェクタやスクリーンの設置が不安定な場所や振動の多いところで使用する場合に適している。
【0072】
なお、上記示したプロジェクタ11は、DMDを使用したDLP方式であるが、液晶パネルを使用した液晶方式のプロジェクタであっても画像投影手段が異なるのみで、同じような焦点調整手段及び歪み補正手段を備えた構成にすることができる。また、このような方式以外の投影型のプロジェクタ全般にも適用可能である。
【0073】
以上、説明したように、本発明の画像表示装置は、投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する2次元PSDと、前記2次元PSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えている。
【0074】
ここで、本発明の画像表示装置は、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する2次元PSDにより光点の位置を検知し、投影像の歪みを補正する。これにより、投影面上に投影される投影像の歪みを正確且つ早い検知速度で効率よく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像表示装置の全体ブロック図を示す。
【図2】焦点調整及び歪み補正に使用されるテストパターンを示す。
【図3】上記画像表示装置における画像処理手段のブロック図を示す。
【図4】上記画像表示装置における画像投影手段の構成図を示す。
【図5】上記画像表示装置における画像投影手段の構成図を示す。
【図6】本発明に係るプロジェクタの正面斜視図を示す。
【図7】上記画像表示装置における画像入力手段のブロック図を示す。
【図8】上記画像表示装置における傾き検知手段のブロック図を示す。
【図9】PSD(1次元)の基本構成を説明するための断面図を示す。
【図10】両面分割型PSDの構成例の断面図を示す。
【図11】上記画像表示装置における自動焦点調整手段のブロック図を示す。
【図12】上記画像表示装置における自動歪み補正手段のブロック図を示す。
【図13】キーストン補正の原理を示す説明図を示す。
【図14】自動歪み補正制御手段を備えた画像表示装置の操作手順を示すフローチャートを示す。
【符号の説明】
11 プロジェクタ(画像表示装置)
12 画像信号入力手段
13 画像処理手段
14 画像投影手段
15a 画像入力手段
16 自動焦点調整手段
17 自動歪み補正制御手段
18 傾き検知手段
20 スクリーン(投影面)
25 PSD
25a 2次元PSD
25b 1次元PSD
26 位置検知回路
41 受光部
44 測距機構
45 レンズ駆動機構
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device (projector) that projects characters, graphics, and the like transmitted from a personal computer, a video device, or the like on a screen, and more particularly, an image projection angle of the image display device with respect to a screen surface (projection surface). The present invention relates to an image display device that corrects a distortion of a projection image generated when the image is not vertical.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an image display device that enlarges and projects an image on a screen is known.
This image display device is roughly classified into a front type and a rear type. The front type is a type that projects an image toward a screen installed in front of the image display device like a movie. The rear type has a built-in transmissive screen inside the image display device main body, and the back side of this screen Is a type of projecting an image from.
[0003]
In the front type image display device, since the image display device main body and the projection surface such as a screen are formed separately, large-screen display is possible, but it is necessary to increase the projection distance in proportion to the screen size. There is. However, when the image projection device is not arranged so that the image projection angle is perpendicular to the screen surface (projection surface) (for example, from the lower position of the screen to the vertical In the case of an arrangement relationship in which projection is performed toward the image display device itself, the projected image may be distorted into a trapezoidal shape or a quadrilateral shape as the arrangement distance of the screen becomes longer. Become.
[0004]
Conventional means for correcting this distortion include a manual operation of an adjusting device of an image display device main body while an operator performs a process while viewing a projected image on a screen, and a method disclosed in, for example, JP-A-8-9309. As described above, it has been known to automatically detect the amount of distortion from projection light emitted from the projection surface of the image display device and reflected light from the projection surface to perform distortion correction. In the present apparatus, distortion that may be caused by measuring the distance between the main unit and a plurality of points on the screen by a distance sensor using an ultrasonic method or an LED or a laser diode is corrected (Example 1). Alternatively, a test pattern image having a plurality of predetermined light spots is projected, and a CCD camera installed in the image display device detects the position of each light spot, thereby distorting the image on the projection surface (screen surface). Was detected (Example 2).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a distortion detection method using a distance sensor or a CCD camera requires complicated processing in hardware and software and requires a large amount of processing time, so that the processing speed of the entire distortion correction processing is slow. There was a problem.
[0006]
When a CCD camera is used as the detecting means, when the light spots on the test pattern captured from the projection plane are out of focus and the outline of the light spots is blurred, the position of each light spot is changed. Since accurate detection cannot be performed, distortion of the image on the projection surface cannot be detected accurately, resulting in a problem that accurate distortion correction cannot be performed.
[0007]
The present invention has been made in view of the related art as described above, and has as its object to provide an image display device capable of accurately and quickly correcting distortion of an image projected on a projection surface. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the present invention provides a projection unit that projects a projection image toward a projection surface, a two-dimensional PSD that receives reflected light from a plurality of light points in the projection image projected on the projection surface, A position detection circuit that detects the positions of the plurality of light spots in the projection image based on an output signal from a PSD, and the image projection unit based on the positions of the plurality of light spots detected by the position detection circuit And control means for detecting distortion of the projected image projected on the projection surface and correcting the distortion.
[0009]
Here, the image display device of the present invention is provided with a two-dimensional PSD that receives reflected light from a plurality of light points in the projected image projected on the projection surface, so that the projected image projected on the projection surface is provided. And the distortion can be detected accurately and efficiently.
[0010]
Further, the present invention provides a projection unit for projecting a projection image toward a projection surface, an inclination detection unit for detecting an inclination of a projection axis of the projection unit with respect to the projection surface, and a projection image projected on the projection surface. A PSD for receiving reflected light from a plurality of light spots, a position detection circuit for detecting the positions of the plurality of light spots in the projected image based on an output signal from the PSD, and the inclination detection means Based on the detection result, a distortion caused by a tilt in any one of a vertical direction and a horizontal direction of the projection image projected on the projection surface is detected, the distortion is corrected, and the plurality of lights detected by the PSD are detected. The present invention provides an image display apparatus comprising: a control unit configured to detect a distortion in the other direction of a projected image projected on the projection plane based on a position of a point and to correct the distortion.
[0011]
Here, the provision of the PDS and the inclination detecting means makes it possible to correct the distortion and the inclination of the projected image projected on the projection surface accurately and in a short time.
[0012]
The inclination detecting means is a gyroscope, and is configured to detect the inclination of the projection axis of the projection means with respect to the projection plane by detecting the inclination of the apparatus main body with respect to the support means for supporting the apparatus main body.
[0013]
Further, the PSD can be realized by a one-dimensional PSD or a two-dimensional PSD.
[0014]
Further, the present invention provides a projection unit for projecting a projection image toward a projection surface, two PSDs for receiving light reflected from a plurality of light points in the projection image projected on the projection surface, and the two PSDs. A position detecting circuit for detecting positions in the plurality of vertical directions in the projected image based on an output signal from one of the PSDs, and detecting positions in the horizontal direction of the plurality of light spots based on the output of the other PSD And control means for detecting and correcting distortion of a projection image projected on the projection surface by the image projection means based on positions of the plurality of light spots detected by the position detection circuit. To provide an image display device.
[0015]
Each of the two PSDs is a one-dimensional PSD.
[0016]
Here, by providing the two PSDs in the image display device, there is no interference between the electrodes that can occur in the two-dimensional PSD, and the distortion and inclination of the projected image projected on the projection surface can be accurately and quickly measured. It became possible to correct.
[0017]
Here, the control unit is configured to detect and correct the distortion of the projection image at predetermined time intervals. Thereby, even if the projection image or the image display device itself changes with the elapse of time, a distortion occurs in the projection image, the projection image is automatically corrected and a projection image without distortion can be provided.
[0018]
Furthermore, the PSD includes at least one pair of electrodes, photoelectric conversion means for receiving a spot-like light from the light spot and generating a current supplied to the at least one pair of electrodes, and the PSD between the at least one pair of electrodes. And a resistor that conducts current.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an image display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
The image display device is an image projector (hereinafter, referred to as “projector”) used by connecting to a personal computer or the like. The projector 11 includes a liquid crystal system using a liquid crystal panel and a digital light processing (DLP) system using a DMD (digital micromirror device). The following embodiment is a projector based on the latter DLP system. Although the eleventh example will be described, it goes without saying that the present invention is applied to a liquid crystal projector as it is.
[0021]
FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of a projector 11 adopting the DLP method. The projector 11 includes an image signal input unit 12, an image processing unit 13, an image projection unit 14, an image input unit (15a, 15b), an automatic focus adjustment unit 16, an automatic distortion correction control unit 17, and tilt detection as required. The image projection unit 14 includes a light source (lamp unit 24) and the like. In addition to the projector 11, a projection surface (screen 20) for displaying an image projected by the image projection means 14 is provided outside.
[0022]
The image signal input means 12 realizes input of an image signal, and includes an interface unit for receiving an image signal from an external device 12a such as a personal computer or a video device or an image memory 12b built in the projector 11. In this interface section, digital signals such as texts and charts created by a personal computer are directly transferred to the image processing means 13, and video output signals, Y / C output signals or RGB output signals output from video equipment or the like are output. With such an analog signal, the analog signal is subjected to A / D conversion processing and transferred to the image processing means 13.
[0023]
The image signal captured by the image signal input unit 12 includes test images used in an automatic focus adjustment unit 16, an automatic distortion correction control unit 17, and a tilt detection unit 18 in addition to original characters and figures.
[0024]
In this test image, as shown in FIG. 2, patterns 1 to 6 are prepared in which the central portion and the four corners emit white light in a point-like manner. The pattern 1 is used when the light receiving element mounted on the light receiving unit 41 of the image input unit 15a described later is a CCD, and the patterns 2 to 6 are used when the PSD is a PSD.
[0025]
As shown in FIG. 3, the image processing means 13 includes a digital processor (CPU), a digital format part, a digital display part, and a DMD driving part. The image signal input means 12, an automatic distortion correction control means described later Various digital signal processing is performed on the image signal that has passed through 17 and the inclination detecting means 18.
[0026]
Well-known image processing techniques are used for the processing content according to the type of image to be displayed. However, if the main ones are shown, scaling to change the size of the image to an appropriate size, synthesis of a plurality of images And color conversion to be added to an image, error diffusion, gamma correction, and the like. The image data processed in this way is sequentially stored in the frame memory. Then, the image data stored in the frame memory is taken out by the memory control unit, and is projected as a light image by the lamp unit 24 and the image projection unit 14 described later.
[0027]
The image projection means 14 has a mechanism for projecting the image image converted by the image processing means 13 onto the screen 20 at a predetermined distance from the projection lens 40 by the light emitted from the lamp unit 24. FIGS. 4 and 5 show the structure of the image projecting means 14, in which the color wheel 35, the integrator 36, the condenser lens 37, and the DMD 38 (digital micro mirror Device), a mirror 39, and a projection lens 40 in this order.
[0028]
The lamp unit 24 includes a lamp 31 that emits white light, and a semicircular reflector 32 surrounding the rear surface of the lamp 31. Further, a cooling fan 33 is provided to cool the heat generated when the lamp 31 emits light. The color wheel 35 is a single disk-shaped filter in which three color regions of RGB (red, green, blue) are formed, and transmits white light emitted from the lamp 31 while rotating at high speed. The transmitted light reaches the condenser lens 37 via the integrator 36.
[0029]
The light collected by the condenser lens 37 is reflected by the mirror 39 onto the surface of the DMD 38. The DMD 38 has been developed as a display device for a projector, and has a fingertip-sized silicon chip as a substrate on which a number of ultra-small aluminum movable mirrors are formed. The number of the movable mirrors is provided for the pixels of the image to be displayed, and the color tone and the like of the projected image are adjusted by reflected light due to slight inclination of each movable mirror.
[0030]
Next, in the projector 11 of the present invention, image input means (15a, 15b), automatic focus adjustment means 16, and automatic distortion correction control means 17, which are main means for enabling accurate and quick correction of the distortion of the projected image. And the inclination detecting means 18 will be described in detail.
[0031]
FIG. 6 is a front perspective view of the projector 11. FIG. 6A shows the projector 11 on which the two-dimensional PSD 25a is mounted. A projection lens 40 and a light receiving unit 41 of the two-dimensional PSD 25a are provided at a predetermined position with respect to the projection lens 40. FIG. 6B shows the projector 11 equipped with two one-dimensional PSDs 25b (for detecting the vertical position and the horizontal position), and each PSD light receiving unit 41 is disposed at a predetermined position with respect to the projection lens 40. Have been. 6C, the light receiving unit 41 of the horizontal one-dimensional PSD 25b, the support unit 60, and the tilt detecting unit 18 in the projector 11 are provided at predetermined positions with respect to the projection lens 40.
[0032]
FIG. 1 shows two systems of the image input means (15a, 15b), but in an actual apparatus configuration, one image input apparatus is switched to the automatic focus adjustment means 16 and the automatic distortion correction control means 17. Reflected light or reflected image is adopted.
[0033]
As shown in FIG. 7, the image input means (15a, 15b) includes a light receiving section 41, a signal processing section 42, and an A / D conversion section 43. The light receiving section 41 includes a light receiving element formed of a PSD 25a, 25b (Position Sensitive Detector) or a CCD (Charge Coupled Device) for receiving the light reflected by the screen 20.
[0034]
The above-mentioned PSDs 25a and 25b are so-called position detecting elements, and an automatic focus adjusting unit 16 detects an incident position of light reflected by the screen 20 and prepares the image projecting unit 14 based on the incident position. The distance from the projected lens 40 to the screen 20 is calculated.
[0035]
The automatic distortion correction control means 17 described later detects the positions of the white light emitting points of the pattern 1 or the patterns 2 to 6 shown in FIG. 2 and converts them into coordinates for performing distortion correction. The PSDs 25a and 25b, which are the light receiving elements of the light emitting unit 41, sequentially take in the patterns 2 to 6 that are continuously projected from the image projection unit 14.
[0036]
In the image display device of the present invention, it is possible to detect the distortion of the projected image by using the two-dimensional PSD or two one-dimensional PSDs, but it is possible to detect any one of the vertical direction and the horizontal direction with respect to the screen 20 (projection plane). The inclination detecting means 18 can be used to detect the inclination.
[0037]
In this case, as an example of the inclination detecting means 18, a gyroscope 48a is used as shown in FIG. The gyroscope 48a detects the inclination of the projection axis of the main body of the projector 11 with respect to the screen 20 by detecting the inclination of the main body of the projector 11 with respect to the support means for supporting the main body of the projector 11.
[0038]
The tilt detecting means 18 processes the tilt signal of the projector 11 main body detected by the gyroscope 48a in the tilt correction processing section 48b, and the tilt correction processing section 48b sends the tilt correction signal to the tilt control means 49 to operate the support means 60. By doing so, the inclination of the light projecting axis is corrected so as to match the reference light projecting axis.
[0039]
Next, the PSD 25 used in the image display device according to the present invention will be described.
[0040]
FIG. 9 is a sectional view of the basic configuration of the PSD 25b (one-dimensional). FIG. 9A shows a plan view of the PSD 25b. FIG. 9B shows a cross-sectional view of the PSD 25b. The basic structure of the PSD 25b is such that a uniform resistance layer is formed on one or both sides of a high-resistance semiconductor substrate, and a pair of electrodes for signal extraction are provided at both ends of the resistance layer. The light receiving surface forms a PN junction at the same time as the resistance layer, and generates a photocurrent by a photovoltaic effect.
[0041]
As shown in FIG. 9, in the PSD 25, a P-type anti-reflection layer serving both as a light-receiving surface and a resistance layer is formed on the surface of an N-type high-resistance silicon substrate, and a pair of output electrodes is formed at both ends thereof. Have been. The back surface is an N layer on which a common electrode is formed. Therefore, when a light beam enters the PSD 25b, an electric charge proportional to the light amount is generated at the incident position. This electric charge reaches the resistive layer as a photocurrent, is divided in inverse proportion to the distance to each electrode, and is taken out from the output electrodes X1 and X2.
[0042]
Thus, the difference or ratio between the output currents extracted from the output electrodes X1 and X2 can be determined, and the incident position can be determined regardless of the light intensity and its change. The incident position of the light obtained here corresponds to the center of the light amount.
[0043]
The PSD 25 includes a one-dimensional PSD 25b and a two-dimensional PSD 25a depending on the structure of the semiconductor surface and the electrodes. The two-dimensional PSD 25a is divided into a double-sided split type and a surface split type according to the structure. Further, the surface split type includes an improved surface split type PSD 25a in which a light receiving surface and an electrode are improved. The incident position conversion formula differs depending on each structure.
[0044]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a configuration example of the double-sided split type PSD 25a. FIG. 10A shows a plan view of the PSD 25a. FIG. 9B shows a cross-sectional view of the PSD 25a.
The double-sided split type PSD 25a has a configuration in which the N layer of the one-dimensional PSD 25b shown in FIG. 9 is also a resistance layer similarly to the P layer, and the mounting directions of the resistance layers (P layer and N layer) on both surfaces are perpendicular to each other. Has become.
[0045]
In the two-dimensional PSD 25a, the output electrodes are X1, X2, Y1, and Y2, and a position signal in the X-axis direction is output from the electrode on the front surface, and a position signal in the Y direction is output from the electrode on the back surface.
In this way, the double-sided split type PSD 25a realizes excellent resolution because currents having different polarities are split on both sides. The PSD 25 has a very simple configuration and operation. Since the output current is a current representing the position data itself, the X and Y position data can be obtained immediately.
[0046]
With this configuration, the position measurement accuracy of the PSD 25 does not greatly change due to changes in temperature and humidity. Further, unlike the CCD, there is no need to perform complicated processing of hardware and software after capturing image data. Furthermore, the PSD 25 has a higher resolution than a CCD, and can take a measurement unit from 0.5 micrometers to meters. In the PSD 25, since the center of gravity of the amount of light currently received is obtained, the position data does not change unless the shape changes. Therefore, even if the image is out of focus, if the image is uniformly spread, accurate position data can be obtained, and stable position measurement can be performed.
[0047]
As described above, the two-dimensional PSD 25a detects the position data of X and Y with one PSD 25a, but the one-dimensional PSD 25b detects the detection of the X position and the Y position information with different PSDs 25b. That is, in order to obtain information on the vertical position and the horizontal position, the position is detected by the two PSDs 25b. As described above, when the two-dimensional PSD 25a or the one-dimensional PSD 25b is used, it is not necessary to detect the tilt in the vertical direction or the horizontal direction with respect to the screen 20 (projection plane) by using the above-described tilt detecting means. Absent.
[0048]
Next, an image display operation in the projector 11 according to the present invention will be described.
[0049]
The image display according to the present invention performs image processing for inputting an image signal for capturing an image signal from an external device such as a personal computer or a video device or a built-in image memory 12b, and converting the input image signal into a projection image. The projection image formed by the image processing is enlarged and projected on the screen 20 (projection plane). Next, the distance to the projection plane is measured, the focus of the projected image is automatically adjusted, and the reflected image of the focus-adjusted projected image is captured. It operates to automatically correct the distortion of the captured reflected image.
[0050]
The automatic focus adjustment is a process of receiving a reflection image (reflected light) from a projection image projected on a projection surface by image projection, measuring a distance to the projection surface, and projecting based on the measured distance value. A projection lens drive for driving the lens is performed. The distance to the projection surface is measured by using light reflected from the projection surface of light emitted from a light source (lamp) by a driving operation in image projection, and to which position of the reflected light is received by the PSD 25 (position detection element). Is calculated based on the detected position. Then, drive control of the projection lens is performed based on the calculated distance value.
[0051]
In the image input, a process of capturing a reflection image of a projection image on which focus adjustment has been appropriately performed in automatic focus adjustment is performed. As the reflection image to be captured, a test pattern in which a center point indicating the center position of the projection image and four end points indicating the four corner positions of the projection image are simultaneously or sequentially combined is used. The capture of the reflection image is performed by a light receiving unit having 25 which is also used for automatic focus adjustment. Since the PSD 25 stores the position of one point of the reflected image every time the light receiving operation is performed, for example, a total of five light receiving operations are continuously performed from the center point of the test pattern to four end points. Do.
[0052]
In the automatic distortion correction, the distortion is corrected by performing a calculation process using a keystone correction method described later from the coordinate positions of the center point and four end points of the reflection image taken into the position detection circuit by the PSD 25 (image input). Convert to image. Then, the image signal subjected to the distortion correction is sent to the image projecting means 14 and projected on the screen 20 again.
[0053]
Here, as shown in FIG. 11, the automatic focus adjusting means 16 includes a distance measuring mechanism 44 for measuring a distance between the projection lens 40 and the screen 20, and a lens driving mechanism for driving the projection lens 40. The distance measuring mechanism 44 accurately determines the distance to the screen 20 from the reflected light or the reflected image taken in by the image input means 15a, and operates the lens driving mechanism 45 so as to be in focus. The focus of the projected image is automatically adjusted.
[0054]
The processing method of the distance measuring mechanism 44 differs depending on whether the light receiving element constituting the light receiving unit 41 of the image input unit 15a is the PSD 25 or the CCD. In the case of the PSD 25, the position where the reflected light from one point (center point) of the projection image projected on the screen 20 is incident is detected, and the distance value is calculated according to the incident position.
[0055]
Then, the driving amount of the projection lens is determined based on the calculated distance value. After the driving amount is converted into an electric signal, the driving of the projection lens is controlled by the lens driving mechanism 45. On the other hand, when a CCD is used as the light receiving element, the contrast of the reflected image reflected on the screen 20 is converted into an electric signal, and the waveform is analyzed and performed.
[0056]
To briefly explain this operation, an image once formed in the center (autofocus area) of the CCD first converts the contrast into an electric signal (waveform).
This waveform is shaped into a signal waveform for analysis by an HPF (high-pass filter). When the waveform passed through the HPF is out of focus, the undulation becomes gentle, and when it is in focus, the undulation becomes steep. In the lens driving mechanism 45, the projection is performed by stopping the projection lens 40 at the position where the waveform with the steepest undulation is detected by looking at the waveform.
[0057]
In the present embodiment, the projection image directed to the screen 20 is created by the projection lens 40 and the lamp 31 of the image projection unit 14, but a dedicated light source (for example, LED) is separately provided inside the automatic focus adjustment unit 16. You may.
[0058]
As shown in FIG. 12, the automatic distortion correction control means 17 includes a keystone calculation unit 46 and a keystone correction processing unit 47. The keystone calculation section 46 receives a reflection image of the projected image after the focus adjustment by the automatic focus adjustment section 16 via the image input section 15b. The reflection image and the capture of the reflection image are omitted because they have been described in the image input means 15a, but the captured reflection image is converted into data to which predetermined coordinates detected by the PSD 25 are added.
[0059]
Then, a keystone operation described later is performed on this data, and the keystone correction processing unit corrects the distortion (trapezoidal distortion) of the frame portion of the image. The image signal corrected here is sent to the digital format unit of the image processing unit 13 shown in FIG. 3 and converted into a predetermined image format, and then transferred again to the image projection unit 14 via the digital display unit and the DMD driving unit. It is. By passing through the automatic distortion correction control means 17, characters, figures, tables and the like are exactly focused and displayed on the screen 20 as a clear image without trapezoidal distortion.
[0060]
Further, as shown in FIG. 1, the start control means 19 for controlling the start of the image input means (15a, 15b), the automatic focus adjustment means 16, the automatic distortion correction control means 17, and the inclination detection means 18 is provided inside the projector 11. Can also be provided. The activation control unit 19 includes a sensor for detecting activation of the image projection unit 14 and a timer / counter circuit. The image input unit (15a, 15b) and the automatic focus adjustment unit are interlocked with the projection by the image projection unit 14. 16. By performing a series of processes of the automatic distortion correction control means 17 and the inclination detection means 18, an image without distortion can be displayed from the beginning.
[0061]
Further, if a predetermined count value is set in the timer / counter circuit, a series of processes of the image input means (15a, 15b), the automatic focus adjustment means 16, and the automatic distortion correction control means 17 are executed at predetermined cycles. Therefore, even when the positions of the projector 11 and the screen 20 are shifted during image projection due to vibration, impact, or the like, it is possible to periodically correct the image to have no distortion.
[0062]
In addition, the operator interrupts the image input means (15a, 15b), the automatic focus adjustment means 16 and the automatic distortion correction control means 17 at an arbitrary timing without using the timer / counter circuit. Correction can be made appropriately when the screen 11 or the screen 20 is displaced.
[0063]
Next, an example of a trapezoidal distortion correction method by the automatic distortion correction control means 17 will be described with reference to FIG.
[0064]
FIG. 13A shows a case where a reflection image in which a trapezoidal distortion has occurred via the image input unit 15b is taken into the keystone calculation unit 46 of the automatic distortion correction control unit 17 via the light receiving unit 41 shown in FIG. 3 shows the image data.
[0065]
When distortion correction is applied to this image data, the center coordinate O (0,0) of the image and the end point coordinates A (xa, 4) of the image are based on the pattern 1 or pattern 2 to pattern 6 of FIG. ya), B (xb, yb), C (xc, yc), D (xd, yd) are calculated.
[0066]
As shown in FIG. 13B, the coordinates A (xa, ya) closest to the X axis from the center coordinates O (0, 0) among the calculated end point coordinates A to D and D (xd, yd), the coordinate B (xb, yb) is reduced to B1 (xb1, yb1), which is the same as the X coordinate (xa) of A, and the coordinate C (xc, yc) is the X of D. It is contracted to C1 (xc1, yc1) which becomes the same as the coordinates (xd). With the above operation, the distortion of the horizontal method of the image is corrected.
[0067]
Subsequently, the vertical distortion is corrected based on the image in which the horizontal distortion is corrected in FIG. As shown in FIG. 12C, this time, using the coordinates D (xd, yd) and C1 (xc1, yc1) as a reference in the Y-axis direction, the coordinates A (xa, ya) are the same as the Y coordinates (ya) of D. The coordinates are reduced to A2 (xa2, ya2), which is the same, and the coordinates B1 (xb1, yb1) are reduced to B12 (xb12, yb12), which is the same as the Y coordinate (yc1) of C1.
[0068]
By sequentially correcting such horizontal and vertical coordinates, it is possible to generate square image data without trapezoidal distortion as shown in FIG. In the present embodiment, an example of correcting an image in which both the horizontal method and the vertical direction are distorted has been described. It is only necessary to correct for the distorted direction.
[0069]
The keystone correction used in the automatic distortion correction control means 17 is a method conventionally used to correct keystone distortion. However, the image itself to be subjected to the keystone correction is horizontally or Since the focus is adjusted in the vertical direction and the focus is properly adjusted through the automatic focus adjustment means 16, the position and contour of the test pattern become clear, and the coordinate conversion indicating the distortion position can be accurately performed. Therefore, the automatic distortion correction by the automatic distortion correction control means 17 can be performed more reliably.
[0070]
Next, an actual correction procedure of the projector 11 of the above embodiment will be described with reference to FIG. (ST1) to (ST14) of FIG. 14 show a procedure for performing all distortion correction automatically. Hereinafter, the correction procedure will be described.
(ST1) The image display device and the screen are positioned, and the power of the image display device is turned on.
(ST2) Requests transmission of an image signal to an external device such as a personal computer or a video device or an image memory built in the image display device.
(ST3) A timer / counter for measuring an automatic execution cycle of distortion correction is started.
(ST4) It is confirmed whether or not the image signal requested in (ST2) has been input.
(ST5) Digital processing is performed on the input image signal to convert it into a projected image composed of image images.
(ST6) The projection image is projected on a screen by being put on a light source emitted from a lamp unit.
(ST7) If the projector 11 is tilted in the vertical or horizontal direction measured by the gyroscope 48a, the support means is corrected so as to match the vertical or horizontal direction of the reference light emitting axis.
(ST8) A focal length is calculated from the projection image and a reflection image of the projection image to automatically adjust the focus.
(ST9) A reflection image of the focus-adjusted projection image via a screen surface is captured.
(ST10) The distortion of the captured reflected image is corrected by a keystone correction method or the like.
(ST11, ST12) After digitally converting the corrected image signal, the image signal is re-projected on the screen via the image projection means.
(ST13) After the processing in ST10 and ST11 is completed, the value of the timer / counter is incremented or decremented by one. Here, when the count value becomes 0, the process proceeds to the next power-off procedure (ST14), but when the count value remains, it keeps turning until the count value becomes 0, and the timing for performing the distortion correction is periodically set. To measure.
[0071]
According to the operation procedure shown in FIG. 14, the distortion of the projected image is automatically corrected at the cycle set in the timer / counter, so that the projector or the screen is suitable for use where the installation is unstable or where there is a lot of vibration. ing.
[0072]
The projector 11 described above is a DLP system using a DMD. However, even if the projector 11 is a liquid crystal system using a liquid crystal panel, only the image projection unit is different, and the same focus adjustment unit and distortion correction unit are used. Can be provided. Further, the present invention can be applied to projection-type projectors other than the above-described method.
[0073]
As described above, the image display device of the present invention receives the reflected light from a plurality of light points in the projection image projected on the projection surface, and the projection unit that projects the projection image toward the projection surface. A two-dimensional PSD, a position detection circuit that detects positions of the plurality of light spots in the projection image based on an output signal from the two-dimensional PSD, and a position of the plurality of light spots detected by the position detection circuit Control means for detecting a distortion of a projected image projected on the projection surface by the image projection means based on the image data and correcting the distortion.
[0074]
Here, the image display device of the present invention detects the position of the light spot by the two-dimensional PSD that receives the reflected light from the plurality of light spots in the projected image projected on the projection surface, and corrects the distortion of the projected image. I do. This makes it possible to correct the distortion of the projected image projected on the projection surface accurately and efficiently at a high detection speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall block diagram of an image display device according to the present invention.
FIG. 2 shows a test pattern used for focus adjustment and distortion correction.
FIG. 3 shows a block diagram of an image processing means in the image display device.
FIG. 4 is a configuration diagram of an image projection unit in the image display device.
FIG. 5 shows a configuration diagram of an image projection unit in the image display device.
FIG. 6 is a front perspective view of the projector according to the invention.
FIG. 7 is a block diagram of an image input unit in the image display device.
FIG. 8 is a block diagram of an inclination detecting means in the image display device.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration of a PSD (one-dimensional).
FIG. 10 is a sectional view of a configuration example of a double-sided split PSD.
FIG. 11 is a block diagram of an automatic focus adjustment unit in the image display device.
FIG. 12 is a block diagram of an automatic distortion correction unit in the image display device.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the principle of keystone correction.
FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation procedure of the image display device including the automatic distortion correction control unit.
[Explanation of symbols]
11 Projector (image display device)
12 Image signal input means
13 Image processing means
14 Image projection means
15a Image input means
16 Automatic focus adjustment means
17 Automatic distortion correction control means
18 Tilt detecting means
20 screen (projection surface)
25 PSD
25a 2D PSD
25b one-dimensional PSD
26 Position detection circuit
41 Receiver
44 Distance measuring mechanism
45 Lens drive mechanism

Claims (10)

投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、
前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する2次元PSDと、
前記2次元PSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、
前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、
を備えた画像表示装置。
Projecting means for projecting a projection image toward a projection surface;
A two-dimensional PSD for receiving reflected light from a plurality of light points in a projection image projected on the projection surface;
A position detection circuit that detects positions of the plurality of light spots in the projection image based on an output signal from the two-dimensional PSD;
Control means for detecting distortion of a projection image projected on the projection surface by the image projection means based on the positions of the plurality of light spots detected by the position detection circuit, and correcting the distortion;
An image display device comprising:
投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、
前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知する傾き検知手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光するPSDと、
前記PSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、
前記傾き検知手段が検知した検知結果に基づいて前記投影面上に投影される投影像の垂直方向又は水平方向の何れか一方向の傾きによる歪みを検出して当該歪みを補正し、前記PSDにより検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記投影面上に投影される投影像の他方向の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、
を備えた画像表示装置。
Projecting means for projecting a projected image toward a projection surface,
Inclination detection means for detecting the inclination of the projection axis of the projection means with respect to the projection surface, and a PSD for receiving reflected light from a plurality of light points in a projection image projected on the projection surface;
A position detection circuit that detects positions of the plurality of light spots in the projection image based on an output signal from the PSD;
Based on the detection result detected by the tilt detecting means, a distortion caused by a tilt in any one of a vertical direction and a horizontal direction of a projected image projected on the projection surface is detected, and the distortion is corrected. Control means for detecting distortion in the other direction of the projection image projected on the projection surface based on the detected positions of the plurality of light spots and correcting the distortion,
An image display device comprising:
前記傾き検知手段は、ジャイロスコープであることを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 2, wherein the inclination detecting means is a gyroscope. 前記傾き検知手段は、装置本体を支持する支持手段に対する装置本体の傾きを検知することにより前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。3. The tilt detecting device according to claim 2, wherein the tilt detecting device detects a tilt of the light projecting axis of the projecting device with respect to the projection surface by detecting a tilt of the device main body with respect to a supporting device that supports the device main body. Image display device. 前記PSDは、1次元PSDであることを特徴とする請求項2乃至4に記載の画像表示手段。The image display unit according to claim 2, wherein the PSD is a one-dimensional PSD. 前記PSDは、2次元PSDであることを特徴とする請求項2乃至4に記載の画像表示手段。The image display unit according to claim 2, wherein the PSD is a two-dimensional PSD. 投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、
前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する二つのPSDと、
前記二つのPSDの一方のPSDからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の垂直方向における位置を検知し、他方のPSDの出力に基づいて前記複数の光点の水平方向における位置を検知する位置検知回路と、
前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて、前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して補正する制御手段と、
を備えた画像表示装置。
Projecting means for projecting a projected image toward a projection surface,
Two PSDs for receiving reflected light from a plurality of light points in a projected image projected on the projection surface;
The plurality of vertical positions in the projected image are detected based on an output signal from one of the two PSDs, and the horizontal positions of the plurality of light spots are detected based on the output of the other PSD. Position detection circuit,
Control means for detecting and correcting distortion of a projection image projected on the projection surface by the image projection means based on the positions of the plurality of light spots detected by the position detection circuit;
An image display device comprising:
前記二つのPSDは、それぞれ1次元PSDであることを特徴とする請求項7に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 7, wherein each of the two PSDs is a one-dimensional PSD. 前記制御手段は、所定時間毎に、前記投影像の歪みの検出と補正を行う請求項1、2又は7に記載の画像表示装置。8. The image display device according to claim 1, wherein the control unit detects and corrects the distortion of the projection image at predetermined time intervals. 前記PSDは、
少なくとも一対の電極と、
前記光点からスポット状の光を受けて前記少なくとも一対の電極に供給される電流を生じさせる光電変換手段と、
前記少なくとも一対の電極間において前記電流を導電する抵抗体と、
を有する請求項1、2又は7に記載の画像表示装置。
The PSD is
At least one pair of electrodes,
Photoelectric conversion means for receiving a spot-like light from the light spot and generating a current supplied to the at least one pair of electrodes,
A resistor that conducts the current between the at least one pair of electrodes,
The image display device according to claim 1, further comprising:
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