JP2004177385A - Angle detection device and projector having the same - Google Patents

Angle detection device and projector having the same Download PDF

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史呂志 金光
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle detection device for automatically and accurately detecting a relative inclination angle between a screen and a projector for correcting a trapezoidal strain, which occurs on an image on the screen, when the projection light axis of the projector is not perpendicular to the plane of the screen. <P>SOLUTION: The angle detection device comprises a distance measuring section (3) for measuring distances to a plurality of different positions (1A to 1G) on a straight line extending on a planar matter (1) which is an object of measurement, representative value calculating sections (502 and 208) for spatially grouping a plurality of measuring positions into a plurality of neighboring small groups and calculating the representative values of the distances, which are the result of the measurement of the distances measured by the distance measuring sections in the small groups and inclination angle calculating sections (53 and 110) for calculating the inclination angles between the distance measuring sections and the object of the measurement on the plane perpendicular to the object of measurement, including the straight line on the basis of the representative values of the distances. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライン型測距装置を利用した角度検出装置及びそれを備えたプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどのプロジェクタを使用した場合、プロジェクタの投射光軸及びこのプロジェクタにより投影されるスクリーン平面の相対的な位置関係により、スクリーン上に投影された画像に台形歪みと呼ばれる歪みが生じる不具合がある。この台形歪みは、プロジェクタがスクリーン前方から画像を投射する際に、見る者の邪魔にならないようにプロジェクタの位置がスクリーンの中心からずらされるため、プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直ではなく傾斜し、この結果、スクリーン上部がスクリーン下部よりもプロジェクタから遠く（又は近く）なることにより発生する。また、スクリーン右側がスクリーン左側よりもプロジェクタから遠く（又は近く）なることによっても発生する。
【０００３】
従来より、この台形歪を自動的に補正するために、スクリーン平面がプロジェクタ投射光軸に対して垂直な状態からどれだけ傾斜しているかを示す傾斜角度を自動的に検出して、検出された傾斜角度に応じて、プロジェクタ内部の映像回路において投影画像とは逆の台形歪を持つ画像を生成してそれを投影する電気的補正方法や、プロジェクタの投射光学系の投射レンズ（コンデンサレンズ）の傾きを調整する光学的補正方法が用いられている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２０００−１２２６１７号公報（段落００４４及び図２参照）
【０００５】
プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直な状態からどれだけ傾いているかの相対的な傾斜角度を自動的に検出するため、従来の角度検出装置としては、特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に記載されているものは、プロジェクタ本体１の正面の上下に所定距離だけ離間して配置された２つのアクティブ測距センサにより、スクリーンとのそれぞれの距離を測定して、相対的な傾斜角度を求めるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された従来技術の角度検出装置では、２つの距離を測定して、プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直な方向から傾いた相対的な傾斜角度を求める構成であるため、２つの距離測定の内のいずれか一方又は両方がノイズ等のために正しく測定されないと、傾斜角度の検出精度が悪化してしまい、正しく台形歪の補正ができないという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、１つの距離がノイズ等のためにたとえ正確に測定できなくとも、傾斜角度をできるだけ正確に検出できるようにして、従来の問題点を解決した、測距装置を利用した角度検出装置及びそれを備えたプロジェクタを提供することである。
【０００８】
なお、上記問題点を解決するために、本出願人は平成１４年８月３０日付けで特願２００２−２５３４０２号を出願しているが、本発明はこの先願発明にも関連する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明によれば、同一平面上に基線長だけ離間して配置された一対のレンズと、該一対のレンズから所定距離だけ離間して上記基線長方向に延びるように配置されて上記一対のレンズを介して距離測定対象である平面的物体がその上に結像される複数の検出器の列からなるラインセンサと、該ラインセンサからの出力に基づいて上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上において複数の異なる測距方向上にある上記測定対象上の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ演算する演算部とを備えたライン型測距装置を有し、上記複数の位置の内から、空間的に互いに隣接したいくつかの上記位置を含む複数の小グループを形成し、各小グループ毎に上記演算部が演算した距離の代表値を算出する代表値算出手段と、上記代表値に基づいて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記平面的物体の上記同一平面に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段とを含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００１０】
本発明のかかる構成によれば、ライン型測距装置により測定対象の平面的物体上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定する際、測定対象上の隣接したいくつかの位置からなる各小グループ毎に測定された距離の代表値を算出することにより、測定対象の平面的物体上の１つの位置までの距離測定がたとえノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくすることができる。このように、少なくとも１つの位置の距離測定が正常に行なわれない場合でもその影響を少なくすることができる。さらに、１つのライン型測距装置を備えることにより、測定対象の平面的物体上の互いに異なる複数の位置までの距離を測定することが可能となるため、従来装置のように測定位置の増大に応じて測距装置を増やす必要が無く、角度検出装置の構成が簡略化できる。
【００１１】
請求項２に記載された本発明によれば、請求項１に記載において、上記代表値算出手段の算出する上記代表値が、上記小グループ内の測定距離の平均値であることを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００１２】
本発明のかかる構成によれば、ライン型測距装置により測定対象の平面的物体上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定する際、測定された距離の代表値を測定距離の平均値から算出することにより、測定対象の平面的物体上の１つの位置までの距離測定がノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくすることができる。
【００１３】
請求項３に記載された本発明によれば、請求項１又は２のいずれかの記載において、上記ラインセンサが、上記一対のレンズの各々により生成される上記測定対象の一対の像の一方が結像される第１受光領域と、上記一対の像の他方が結像される第２受光領域とを有し、上記第１受光領域が、上記複数の異なる測距方向のそれぞれに対応するように設定された複数の測距演算領域を有し、上記演算部は、上記第１受光領域内の上記測距演算領域からの出力及び上記第２受光領域中からの出力に基づいて、上記複数の測距方向にある上記複数の位置までの距離をそれぞれ測距演算して求め、上記代表値算出部は、さらに、上記複数の測距演算領域のそれぞれのコントラスト重心位置をそれぞれ算出し、上記各小グループに対応した上記複数の測距演算領域内のコントラスト分布の重心位置代表値を求め、上記傾斜角度算出部は、上記代表値算出部で算出された距離の代表値及び上記コントラスト分布の重心位置代表値に基づいて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記測定対象の平面的物体の上記同一平面に対する傾斜角度を算出することを含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００１４】
本発明のかかる構成によれば、各小グループに対応したラインセンサの複数の測距演算領域内において、コントランスト分布の重心位置代表値を求めて、この求められたコントラスト分布の重心位置代表値及び測定された距離の代表値を使用して、測定対象の傾斜角度を求める。この結果、精度の高い角度検出装置が達成できる。
【００１５】
請求項４に記載された本発明によれば、請求項１乃至３のいずれかの記載において、上記演算部が上記測定対象上の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ測距演算した測距結果について、上記各小グループ内において、上記複数の異なる位置の相互関係に基づいて当該測距演算の測距結果の信頼性の有無を判断する判定部をさらに有し、上記代表値算出部は、上記判定部で信頼性有りと判定された上記小グループの測距結果から、距離測定の代表値を算出することを含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００１６】
本発明のかかる構成によれば、測定対象上の空間的に隣接したいくつかの位置を含む各小グループ毎に、測距結果の信頼性を測距結果の相互関係に基づいて判定して、信頼性無しと判定した測距結果を以後の角度検出処理からは排除し、信頼性有りと判定した測距結果を以後の角度検出処理に使用する。この結果、精度の高い角度検出装置が達成できる。
【００１７】
請求項５に記載された本発明によれば、測定対象である平面的物体上に延びたある直線上に並んだ複数の測定位置までの距離を求める測距部と、上記複数の測定位置を空間的に互いに隣接する複数の小グループに分けて、各小グループ内において上記測距部による測距結果である距離の代表値を求める代表値算出部と、上記距離の代表値に基づいて、上記測距部と上記測定対象との傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、を含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００１８】
本発明のかかる構成によれば、測距部により、測定対象である平面的物体上に延びたある直線上に並んだ複数の位置までの距離を測定すると、測定対象上の隣接したいくつかの位置からなる各小グループ毎に測定された距離の代表値を算出することにより、測定対象の平面的物体上の１つの位置までの距離測定がノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくすることができる。従って、距離測定が正確になるため、この正確な距離測定に基づいた精度の高い角度検出装置を達成できる。
【００１９】
請求項６に記載の本発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載において、上記測定対象が、画像が投影されるスクリーンであることを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００２０】
本発明のかかる構成によれば、測定対象が画像が投影されるスクリーンであるから、このスクリーンの傾斜角度を検出してスクリーン上の画像の歪みを補正するために使用できる。
【００２１】
請求項７に記載の本発明によれば、画像をスクリーンに投影するプロジェクタであって、請求項６に記載の角度検出装置と、上記角度検出装置が算出した傾斜角度に基づいて上記スクリーン上の上記画像の歪みを補正する画像歪み補正部とを含むことを特徴とするプロジェクタが提供される。
【００２２】
本発明のかかる構成によれば、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の歪みを簡単な構成で自動的に正確に補正することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態による角度検出装置を備え、検出したスクリーン１の傾斜角度に基づいてスクリーン１に投影される画像の台形歪を電気的に補正するプロジェクタ２の概略ブロック図を示す。本実施の形態による角度検出装置は、水平面内及び垂直面内において、スクリーン１に対するプロジェクタ２の傾斜角度を検出するため、プロジェクタ２からスクリーン１平面上の水平方向及び垂直方向に並んだ複数の位置までの距離を測定する第１ライン型パッシブ測距装置３及び第２ライン型パッシブ測距装置４を備える。パッシブ測距装置は、自らが発光したり送信したりせずに、スクリーン１に投影された画像を受光して距離を測定する。ライン型測距装置は、複数の光検出器セルが直線状に配列されたラインセンサを有する。
【００２５】
図２は、図１に示すプロジェクタ２の正面を示す平面図である。なお、本実施の形態の角度検出装置は、プロジェクタに設けられるものに限定されるものではなく、また、スクリーンとの傾斜角度を検出するものに限られるものでもなく、一般に、平面的物体との相対的な傾斜角度検出に適用できる。プロジェクタ２は本発明の角度検出装置が用いられる用途の一例である。
【００２６】
図２に示すように、図１の第１ライン型パッシブ測距装置３は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に、水平方向に延びた第１の基線長ｋ（図示せず）だけ離間して配置された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂを備えた撮像部３１を有する。同じく第２ライン型パッシブ測距装置４は、プロジェクタ２の正面を構成する同じ平面上に、撮像部３１の水平方向と直交する垂直方向へ延びて第２の基線長ｋ’（図示せず）だけ離間して配置された一対のレンズ４１ａ及び４１ｂを備えた撮像部４１を有する。図２に示すように、プロジェクタ２の正面を構成する同じ平面上には、さらに投射光学系のレンズ（コンデンサレンズ等を含んでもよい。）８が設けられていて、スクリーン１上に画像を投射する光を照射する。
【００２７】
図１を再び参照する。もし、投射レンズ８からスクリーン１へ照射される光軸がスクリーン１平面に対して垂直の位置関係にあれば、スクリーン１の上下（又は左右）は、投射レンズ８からの距離が等しく、スクリーン１上の画像には台形歪は発生しない。しかし、実際は、上述の通り、プロジェクタ２は、スクリーン１の前方から照射する際に見る者の邪魔にならないように、スクリーンの中心からは下又は上方に偏移されて置かれるため、プロジェクタ２の投射レンズ８からスクリーン１へ照射される投射光軸はスクリーン１平面に対して垂直の位置関係から傾斜している。
【００２８】
このため、スクリーン１の上下は、投射レンズ８からの距離が異なり、よって、スクリーン１上に投影された画像に台形歪を生ずる。上述の通り、この台形歪を補正するためには、投射レンズ８の光軸の傾斜を光学的に補正するか、又は、台形歪で小さく（大きく）投射される部分を大きく拡大（小さく縮小）する画像処理を電気回路で行なう電気的補正が、特許文献１に記載されているように考えられる。
【００２９】
しかし、これらの補正を自動的に行なうためには、まず、投射レンズ８の光軸がスクリーン１の平面の垂直方向から傾斜した傾斜角度、すなわち、プロジェクタ２の正面を構成する平面に対するスクリーン１の平面の傾斜角度、を自動的に正確に測定することが必要である。
【００３０】
本発明の角度検出装置は、以下に詳細に説明するように、第１及び第２ライン型パッシブ測距装置３及び４を備えて、プロジェクタ２の正面からスクリーン１上の水平（第１ライン型パッシブ測距装置３の基線長方向に対応）及び垂直（第２ライン型パッシブ測距装置４の基線長方向に対応）方向に沿った複数の位置までの距離を測定することにより、プロジェクタ２の正面を構成する平面に対するスクリーン１の平面の傾斜角度を、水平面内及び垂直面内において正確に測定することができる。
【００３１】
第１及び第２ライン型パッシブ測距装置３及び４は、それぞれ演算部３２及び４２を有し、それぞれ撮像部３１及び４１からの出力信号が入力される。演算部３２及び４２からの出力信号は本発明の構成を含んだ制御回路５に入力される。制御回路５は、第１及び第２ライン型パッシブ測距装置３及び４を制御すると共に、図示しないパーソナル・コンピュータ等の機器から入力画像を入力して画像情報を出力する投影画像生成部６及び投射レンズ８へ画像出力する表示駆動部７を制御する。制御回路５は、本発明に従って演算部３２及び４２からの出力に基づいてプロジェクタ２の正面を構成する平面に対するスクリーン１のそれぞれ水平方向及び垂直方向の相対的な傾斜角度を算出する。次ぎに、制御回路５は、算出された傾斜角度に基づいて、台形歪を補正するように投影画像生成部８６及び／又は表示駆動部７を制御して、スクリーン１の上下及び／又は左右に投影される画像の拡大又は縮小をする。しかし、上述した通り、台形歪の光学的補正又は電気的補正自体は公知であるので（例えば、特許文献１を参照）、これ以上説明しない。制御回路５及び演算部３２及び４２は、１つのマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）９で構成することかができる。
【００３２】
プロジェクタ２は、メモリ部１０を有し、本発明の構成に必要なデータや命令を記憶していて、制御回路５及び演算部３２及び４２等に随時にデータや命令を供給し又は制御回路５及び演算部３２及び４２等からデータを受取る。メモリ部１０は、不揮発性のフラッシュメモリ等及び揮発性のＲＡＭ等の２つのタイプのメモリ装置を含み、本発明に必要な命令や長期的に使用されるデータは不揮発性のメモリ装置に記憶され、一時的にのみ使用されるデータは揮発性のメモリ装置に記憶される。
【００３３】
次ぎに図３を参照して、本実施の形態によるプロジェクタ２の構成を機能ブロックを使用して説明する。なお、説明の簡潔にするために、第１ライン型パッシブ測距装置３の構成についてのみ説明するが、第２ライン型パッシブ測距装置４も同様に構成されている。プロジェクタ２の正面を構成する平面上に、水平方向に基線長ｋ（図示せず）だけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３２ｂの下には、これらのレンズ３１ａ及び３２ｂから焦点距離ｆ（図示せず）だけ離間されて、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄがそれぞれ基線長ｋ（図示せず）方向に沿って配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは直線状に配列された所定数、例えば、１０４個、の光検出素子（画素）を有する一対のラインＣＣＤ又はその他のライン型撮像素子である。撮像部３１から、出力部３１ｅを介して、レンズ３１ａ及び３１ｂによりラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各画素上に結像された画像の光量に対応した電気信号が直列的に出力される。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換部３２ａは、撮像部３１の出力部３１ｅから出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄからのデジタル化された出力信号はそれぞれ映像データ信号列ＩＬ及びＩＲとして、メモリ領域３２ｂ内にその後の処理のために記憶される。従って、メモリ領域３２ｂ内にはそれぞれ１０４個のデータ列から成る一対の映像データ信号列ＩＬ及びＩＲが記憶される。メモリ領域３２ｂはメモリ部１０内に設けても良い。
【００３５】
フィルタ処理部３２ｃは、ラインセンサ出力信号から直流成分を取除いて（ファイリング）、画像に対応した空間周波数成分だけを含んだ有用な信号に映像データ信号列ＩＬ及びＩＲを変える。相関演算部３２ｄは、後で図４及び図５を参照して説明するように、映像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内から空間的に近接した例えば２６個の画素グループからなる部分映像データ群ｉＬｍ（基準部）及びｉＲｎ（参照部）をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに比較する。例えば、一方の部分映像データ群ｉＬｍを基準部として固定して、他方の部分映像データ群ｉＲｎを参照部としてＩＲ内で画素を１つずつすらしながら、互いに比較を繰り返す。最大相関度検出部３２ｅは、一対の映像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内で最もデータの一致度の高い２つの部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを検出する。
【００３６】
補間演算部３２ｆは、最大相関度検出部３２ｅで得られた最大の一致度の部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりもより正確な位置間隔に補間する。この補間演算部３２ｆにより補間された位置間隔に基づいて、位相差検出部３２ｇは、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された同一の測距対象物体の一対の像の相対的なずれ量（位相差）を算定する。
【００３７】
コントラスト重心演算部３２ｈは、後で図１２を参照して説明するように、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された画像のコントラスト重心を求める。信頼性判定部３２ｉは、算定された両ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された位置の相対的なずれ量（位相差）の信頼性を判定する。この信頼性の判定は、例えば、もし、距離測定対象の物体が両ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に正しく結像されているならば、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上となるはずである。従って、もし、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度がたとえ相対的に最高であったとしても、所定値未満の一致度であれば信頼性が低いとして、信頼性判定部３２ｉでその測定結果を排除する。もし、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上であると、データの信頼性有りとして、ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫと設定する。以上の撮像部３１及び演算部３２の構成は周知であり、例えば、特許文献２及び特許文献３に記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００３８】
【特許文献２】
特許第３２３０７５９号公報
【特許文献３】
特公平４−７７２８９号公報
【００３９】
プロジェクタ２は、さらに本発明の実施の形態による制御回路５を有し、後で詳細に説明するように、空間的に隣接したいくつかの測定位置の小グループの測距結果の信頼性を判定するための相互信頼性判定部５１と、空間的に隣接したいくつかの測定位置の小グループに関する測距結果及びコントラスト重心の平均値を求める平均値演算部５２と、測距結果から傾斜角度を求めるための演算を行なう角度演算部３３を含む。角度演算部５３で算出されたスクリーン１の傾斜角度に基づいて、台形歪みを補正するための補正量が、投影画像生成部６及び／又は表示駆動部７に与えられる。これによりスクリーン１上の台形歪みが補正される。なお、メモリ部１０がマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）９と接続されていて、本実施の形態に必要な命令コード及びデータの保存及び提供を行なう。
【００４０】
次ぎに図４を参照して、ライン型パッシブ測距装置３及び４の動作原理（外光三角測距方式）を説明する。第１ライン型パッシブ測距装置３は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に水平方向へ延びて基線長ｋだけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂと、この基線長ｋからレンズ３１ａ及び３１ｂの焦点距離ｆだけ離間して基線長ｋ方向と同じ水平方向に沿って延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んでいる。第１ライン型パッシブ測距装置３は、基線長ｋとラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んだ平面（水平面）内に位置するスクリーン１の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長ｋとラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んだ平面（水平面）内において、プロジェクタ２の正面とスクリーン１平面との間の相対的な傾斜角度を算出する。
【００４１】
他方、第２ライン型パッシブ測距装置４は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に垂直方向へ延びた基線長ｋ’（図示せず）だけ離間された一対のレンズ４１ａ及び４１ｂと、この基線長ｋ’（図示せず）からレンズ４１ａ及び４１ｂの焦点距離ｆだけ離間して基線長ｋ’（図示せず）方向と同じ垂直方向に沿って延びた一対のラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）を含んでいる。第２ライン型パッシブ測距装置４は、基線長ｋ’（図示せず）とラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）を含んだ平面（垂直面）内に位置するスクリーン１の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長ｋ’（図示せず）とラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）を含んだ平面（垂直面）内において、プロジェクタ２の正面とスクリーン１平面との間の相対的な傾斜角度を算出する。
【００４２】
説明を簡潔にするため、ここでは第１ライン型パッシブ測距装置３についてのみ説明をして、第２ライン型パッシブ測距装置４については説明を省略するが、動作原理が同じであるため同じ説明が第２ライン型パッシブ測距装置４についても、水平方向を垂直方向に置き換えるだけで適用される。
【００４３】
構成の対応関係を説明すると、ライン型パッシブ測距装置４の一対のレンズ４１ａ及び４１ｂはライン型パッシブ測距装置３の一対のレンズ３１ａ及び３１ｂに対応し、ライン型パッシブ測距装置４の一対のラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）はライン型パッシブ測距装置３の一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄに対応し、ライン型パッシブ測距装置４の撮像部４１はライン型パッシブ測距装置３の撮像部３１に対応し、ライン型パッシブ測距装置４の演算部４２はライン型パッシブ測距装置３の演算部３２に対応し、水平方向の基線長ｋが垂直方向の基線長ｋ’に対応する。
【００４４】
図４（ａ）において、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂが、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に水平方向に延びた所定の基線長ｋだけ離間して配置されている。プロジェクタ２の正面を構成する平面の下には、これら一対のレンズ３１ａ及び３１ｂからそれらの焦点距離ｆだけそれぞれ離間され、基線長ｋ方向（水平方向）に延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄが配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは、その中央部分がそれぞれレンズ３１ａ及び３１ｂの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘ上にほぼ位置するように配置されていて、これらラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に、それぞれ対応するレンズ３１ａ及び３１ｂにより距離測定対象のスクリーン１上のある位置の画像１Ａが結像される。
【００４５】
図４（ａ）においては、スクリーン１上の測定位置１Ａが、異なる方向の光路Ａ及びＢを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介して、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。
【００４６】
もし、測定位置１Ａが無限遠の位置に存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂから焦点距離ｆにあるラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上には、測定位置１Ａがレンズ３１ａ及び３１ｂのそれぞれの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘと交差する基準位置３１ｃｘ及び３１ｄｘに結像される。
【００４７】
次ぎに、測定位置１Ａが無限遠位置からレンズ３１ａの光軸３１ａｘ上の方向Ａに沿って近づき、図４（ａ）の位置、すなわち、距離ＬＣに達すると、測定位置１Ａはラインセンサ３１ｃ上においては、基準位置３１ｃｘ上に結像されたままであるが、ラインセンサ３１ｄ上においては、レンズ３１ｂにより基準位置３１ｄｘからαだけずれた位置に結像される。
【００４８】
三角測距の原理から、測定位置１Ａまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ｋｆ／αで求められる。ここで、基線長ｋと焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセン３１ｄ上の基準位置３１ｄｘからのずれ量αを検出すれば、距離ＬＣが測定できる。これが外光三角測距のパッシブ型ラインセンサ測距装置の動作原理である。ずれ量αの検出及びＬＣ＝ｋｆ／αの演算は、図１中の演算部３２で実行される。
【００４９】
すなわち、ラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘからのずれ量αの検出は、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄから出力される一対の映像データ信号列ＩＬ及びＩＲからそれぞれ抽出した部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎについて、演算部３２が相関演算を行なうことにより検出する。この相関演算は周知である（例えば、特許文献２参照）。
【００５０】
このため、相関演算については詳細な説明を省略して以下の概要的な説明に留める。図４（ｂ）に示すように、相関演算は、部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を、重ね合わせる部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎをラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で相対的にずらしながら検出していく演算である。図４（ｂ）においては、一方のラインセンサ３１ｃからの部分映像データ群ｉＬｍを基準位置３１ｃｘに位置を固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ３１ｄからの部分映像データ群ｉＲｎは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分映像データ群ｉＲｎを探す。最も一致度の高い部分映像データ群ｉＲｎを発生するラインセンサ３１ｄ上の位置とそのラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘと間の間隔がずれ量αである。
【００５１】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、後述するように所定数の光検出器セル（画素）を所定長の直線上に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、ずれ量αは、部分映像データ群ｉＲｎの映像データ信号列ＩＲ内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ３１ａの光軸３１ａｘと同じ方向Ａにある測定位置１Ａまでの距離ＬＣを、ずれ量αを検出することにより測定できる。
【００５２】
次ぎに、図５を参照して、図４とは異なる方向にある測定位置１Ｂまでの距離ＬＲ’及びＬＲを測定する原理を説明する。図５（ａ）に示すように、測定位置１Ｂが、異なる方向の光路Ｃ及び光路Ｄを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介してラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。
【００５３】
もし、測定したい方向Ｃの無限遠位置に測定位置１Ｂが存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂにより一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像される測定位置１Ｂの像の中心を、互いに基線長ｋだけ離間した基準位置３１ｃｙ及び３１ｄｙとする。次ぎに、この無限遠位置にある測定位置１Ｂが測距方向Ｃに沿って近づいて図５（ａ）の位置に来ると、レンズ３１ａにより結像される測定位置１Ｂの像のラインセンサ３１ｃ上の基準位置３１ｃｙには変化ないが、レンズ３１ｂにより結像される測定位置１Ｂの像のラインセンサ３ｄｃ上の位置は基準位置３１ｄｙからα’だけずれる。
【００５４】
三角測距の原理から、測定位置１Ｂまでの距離ＬＲは、ＬＲ＝ｋｆ／（α’ｃｏｓβ）となる。なお、角度βは、基線長ｋの垂直線、すなわち、レンズ３１ａの光軸３１ａｘ、に対する測距方向Ｃの傾き角であり、測定方向Ｃを決定することにより確定される角度である。基線長ｋ、焦点距離ｆ及びｃｏｓβは既知の値なので、ずれ量α’を検出すれば、距離ＬＲを測定できる。
【００５５】
レンズ３１ａ及び３１ｂが配置されたプロジェクタ２の正面を構成する同一平面（基線長ｋ方向）から測定位置１Ｂまでの距離ＬＲ’は、ＬＲ’＝ＬＲｃｏｓβ＝ｋｆ／α’で求められる。すなわち、距離ＬＲ’は、ずれ量α’を検出すれば、既知の値である基線長ｋ及び焦点距離ｆから求めることができる。すなわち、距離ＬＲ’を測定するためには、角度βは不要である。
【００５６】
ずれ量α’を検出するためには、上述した相関演算を行なう。図５（ｂ）に示すように、一方のラインセンサ３１ｃからの基準位置３１ｃｙに対応する部分映像データ群ｉＬｍを基準部として位置を固定し、他方のラインセンサ３１ｄからの部分映像データ群ｉＲｎを参照部として位置を１画素づつずらして互いに重ね合せて行くことにより、最も基準部ｉＬｍのデータと最も一致度の高いデータを持つ参照部ｉＲｍを見つける。
【００５７】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、後述するように所定数の光検出器セル（画素）を直線上に所定長に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、ずれ量α’は、部分映像データ群ｉＲｎの映像データ信号列ＩＲ内の位置（画素番号）及び部分映像データ群ｉＬｍの映像データ信号列ＩＬ内の位置（画素番号）と画素ピッチから容易に求めることができる。
【００５８】
なお、上述した相関演算の方法において、一方のラインセンサ３１ｃからの部分映像データ群ｉＬｍを基準部として固定し、他方のラインセンサ３１ｄからの部分映像データ群ｉＲｎを参照部としてその位置を１画素ずつずらして互いの一致度の高さを検査するとした。しかし、測距方向を両レンズ３１ａ及び３１ｂの中間位置からの方向とする場合は、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置を共に反対方向に移動させながら、部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｍ間で互いの一致度の高さを検査するようにしてもよい。
【００５９】
次ぎに図６を参照して、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの内、１方のラインセンサ３１ｃを詳細に説明する。他方のラインセンサ３１ｄはラインセンサ３１ｃと同様に構成されている。図６に示すように、ラインセンサ３１ｃは多数、例えば、１０４個の光検出器セル（画素）が直線的に配列されたリニアＣＣＤ（電荷結合素子）又はその他の線形の撮像素子で構成されている。１０４個の光検出器セル（画素）は、図６中左端から右端へ順に画素番号が付けられている。これらの光検出器セル（画素）は、隣接する２６個単位のグループにより７つの測距演算領域を３１ｃ１（１〜２６）、３１ｃ２（１３〜３８）、３１ｃ３（２７〜５２）、３１ｃ４（３９〜６４）、３１ｃ５（５３〜７８）、３１ｃ６（６５〜９０）及び３１ｃ７（７９〜１０４）を構成している。但し、括弧内の数は光検出器セル（画素）番号である。各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７は、その２６個の光検出器セル内、前半が前隣りの測距演算領域に含まれ且つ後半が後隣りの測距演算領域に含まれていて、各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７は両隣の測距演算領域と互いに半分ずつ重複している。
【００６０】
各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７内の光検出器セル（画素）からの信号は、図４及び図５中のラインセンサ３１ｃの映像データ信号列ＩＬの各部分映像データ群ｉＬｍに対応する。各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７の中心位置ａ（１３）、ｂ（２６）、ｃ（３８）、ｄ（５２）、ｅ（６４）、ｆ（７８）及びｇ（９０）の各々は（但し、括弧内は画素番号である）、測距方向を定める基準位置となる。この結果、本実施の形態のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを使用した測距装置３は、基準線ｋと同じ平面（水平平面）内にあるスクリーン１上の７つの離間した位置までの距離を測定することができる。ただし、実際の測距方向は、図３のコントラスト重心演算部３２ｈにより後述する通り、測距演算領域内でのコントラスト重心位置により補正され得る。図６には、他方のラインセンサ３１ｄに対応する基準位置ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’及びｇ’が示されていて、参照部としてラインセンサ３１ｃ中の測距演算領域と相関演算する際のずれ量を求める際に使用される。
【００６１】
本発明により距離測定するスクリーン１上の複数の異なる位置は、７つに限る必要はなく、適宜、適当な数、例えば１１とすることも、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの画素数又は測距演算領域の数を適当に選択することで可能である。
【００６２】
例えば、１６２個の光検出器セル（画素）数のラインＣＣＤを用いて２７個の光検出器セル（画素）グループ単位で１１の測距演算領域を設けていも良い。各領域は２７個の画素数の内、１３乃至１４個の画素が隣接する測距演算領域と重複して使用される。この例では、スクリーン１上の基準線方向（水平方向）に沿った１１の複数の位置の内の１つを選択することができる。
【００６３】
次ぎに図７を参照して説明する。図７は、ライン型測距装置３及び４の初期調節をするため、プロジェクタ２のスクリーン１の相互の位置関係を所定の位置関係にした様子を示す。すなわち、プロジェクタ２からの投射光軸がスクリーン１に垂直になるように、スクリーン１を予め基線長ｋ及びｋ’に対して平行にして、プロジェクタ２からライン型測距装置３及び４の初期調節に適した画像を投射する。初期調節とは、例えば、レンズ３１ａ及び３１ｂは収差を持つ。このため、スクリーン１上の基線長ｋ方向に沿った異なる測定位置がラインセンサ３１ｃ及び３１ｄに結像する際、直線上に結像されるのでなく、実際は、歪む。初期調節はこのレンズ収差による歪みを補正するための補正係数を計算して、メモリ部１０に記憶して、以後の演算部３２及び４２により使用する。ライン型測距装置３は、ラインセンサ３１ｃ上の７つの測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７を使用して、７つの測距方向のスクリーン１上の距離を測定する。簡潔にするため、図７中においては７つの方向の内、ラインセンサ３１ｃ上の３つの測距演算領域３１ｃ３、３１ｃ５、３１ｃ７に対応した３つの測距方向のスクリーン１上の１Ｃ、１Ｅ、１Ｇの位置のみを図示している。
【００６４】
ライン型測距装置３は水平面においてスクリーン１平面の基線長ｋ方向に対する傾斜角度を測定し、ライン型測距装置４は垂直面内においてスクリーン１平面の基線長ｋ’（図示しない）方向の傾斜角度を測定する。説明の簡潔のためにライン型測距装置３による水平面においてスクリーン１平面の基線長ｋ方向に対する傾斜角度の測定についてのみ説明する。しかし、本実施の形態の説明はライン型測距装置４によるスクリーン１の垂直面内の傾斜角度の測定にも同様に適用される。
【００６５】
次ぎに図８乃至図１１を参照して、パッシブ型ライン測距装置３を用いて、スクリーン１の傾斜角度を測定する方法を説明する。説明の簡略のために、ラインセンサ３１ｃの２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の２つの測距方向Ｃ及びＧを用いて、これら２つの測距方向Ｃ及びＧにあるスクリーン１平面上の２つの測定位置１Ｃ及び１Ｇまでの２つの距離ＬＲ’及びＬＬ’を、図５で説明した方法で測定する。本実施の形態では２つの距離ＬＲ’及びＬＬ’しか測定しないが、実際は、７つ（又は１１）の測距方向にあるスクリーン１上の７個（又は１１個）の測定位置までの距離が測定される。
【００６６】
スクリーン１上の測定位置１Ｃや１Ｇは、パッシブ距離測定に適した画像であるならば、プロジェクタ２の電源が投入された時に投射レンズ８を介してスクリーン１に最初に投影される製造メーカーのロゴマーク等を含んだ画像でもよく、また、プロジェクタ２の動作中に定期的に角度検出操作する際には、スクリーン１上の測定位置１Ｃ及び１Ｇは、スクリーン１上に投射されている任意の画像であってもよい。
【００６７】
ラインセンサ３１ｃの２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７のそれぞれの測距方向Ｃ及びＧの基準位置ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌは、その括弧内の画素番号及び画素ピッチより予め知られている値である。
【００６８】
基線長ｋに平行な直線ｋ２上にある測定位置１Ｃから測定位置１Ｇを通る基線長ｋに平行な直線ｋ１上に垂直に下ろした点をＣ’とした場合、測定位置１Ｃ〜点Ｃ’間の距離は、ＬＲ’−ＬＬ’に等しい。このＬＲ’−ＬＬ’の大きさは、スクリーン１の傾斜角度θ１があまり大きくない場合、直線ｋ１上で測定位置１Ｇから距離（ＬＬ’＊Ｌ／ｆ）にある点をＣ”として、点Ｃ”からの直線ｋ１と直交する線とスクリーン１との交点１Ｃ’とした場合の、距離１Ｃ’−Ｃ”と近似できる。通常は、予め人手等によりスクリーン１とプロジェクタ２の相対的な位置関係は調整されていることが多いから、傾斜角度θ１はあまり大きくはならず多くの場合にこの近似は妥当である。測定位置１Ｇと点１Ｃ”とレンズ３１ａの中心とで構成される三角形と基準位置ｃとｇおよびレンズ３１ａの中心とで構成される三角形とは相似の関係にあり、ラインセンサ３１ｃ上の２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の２つの基準位置ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌは、測定位置１Ｇ〜点Ｃ”間の距離に対応しているから、この傾斜角度θ１の値は、相似形の関係と三角関数を使用して、
θ１＝ａｒｃｔａｎ｛（ＬＲ’−ＬＬ’）／（ＬＬ’＊Ｌ／ｆ）｝
と求めることができる。
【００６９】
従って、プロジェクタ２の制御回路５により、上式の演算をすることにより、水平面内におけるスクリーン１とプロジェクタ２の基線長ｋ方向の傾斜角度θ１を算出できる。この傾斜角度θ１の大きさに基づいて、図１の制御回路１が投影画像生成部６及び／又は表示駆動部７に、画像の台形歪みを補正する指示を与えることができる。しかし、上式から求められる傾斜角度θ１は、測定位置１Ｇ及び１Ｃまでの距離測定結果ＬＲ’及びＬＬ’の精度に依存する。本発明は、この測距結果の精度及び信頼性を高めて、正確な角度検出を行なうことができるようにする。
【００７０】
図８において、測定距離を、各測定位置１Ｄ及び１Ｇから基線長ｋ方向に下ろした垂直線ＬＲ’及びＬＬ’の長さに代えて、レンズ３１ａから各測距方向Ｄ及びＧに沿った各測定位置１Ｄ及び１Ｇまでの長さとしてもよい。この場合については図１３において説明する。
【００７１】
もし、角度検出に高い精度が求められる場合には、角度検出に用いる２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の基準値ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌに代えて、各々の測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７中のコントラスト重心位置の距離を使用しても良い。
【００７２】
図１２を参照して、図３のコントラスト重心演算部３２ｈによるコントラスト重心位置を用いた距離測定を説明する。周知のように、パッシブ式測距は、２つのラインセンサ上に結像される一対の映像を重ね合せた時に最も一致度が高くなる場所を検出する動作を含むが、この一致度は一対の映像のコントラスト状態が一致しているか否かを検出するものである。
【００７３】
従って、パッシブ式測距は、図１２に示すようにある１つの測距演算領域３１ｃｎの設計上の測距方向が矢印Ｊ方向である場合、もし、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｋ方向のみにコントラスト位置１Ｋが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から矢印Ｋ方向にずれる。もし、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｍ方向のみにコントラスト位置１Ｍが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から矢印Ｍ方向にずれる。さらに、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｋ方向及び矢印Ｍ方向にコントラスト位置１Ｋ及び１Ｍが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から測定演算領域３１ｃｎ上に結像された画像のコントラスト重心位置にずれる。
【００７４】
従って、角度検出に使用する２つの測距演算領域間の距離に対応した値として、各測距演算領域中のコントラスト重心位置の距離を用いれば、精度の高い距離Ｌを使用することができ、角度検出精度が向上する。なお、コントラスト重心位置の求め方は、特許文献４に記載されており、公知である。
【００７５】
【特許文献４】
特開平８−７９５８５号公報
参考までに、本実施の形態においてコントラスト重心位置を求める数式１を以下に示す。
【００７６】
【数１】

Figure 2004177385
ここで、Ｌ（）：基準部３１ｃ側センサーデータ
Ｓａ ：基準部３１ｃ側受光素子最小Ｎｏ．
Ｗｎ ：部分群の受光素子数
ｔ ；整数（一般的に１〜４）
ノイズの影響を解除するためには、差分の絶対値が所定値（ノイズキャンセルレベル）以下の場合は、総和に加えない。
なお、ラインセンサ３１ｃの一列に配列された受光素子（画素）にはそれぞれ一連の通し番号（画素番号）がふってある。
【００７７】
次ぎに図１３を参照して、別の方法によるパッシブ型ライン測距装置３を用いて傾斜角度θ１の計算方法を説明する。図１３に示すように、ライン型パッシブ測距装置３の基線長方向（プロジェクタ２の水平方向）に対するスクリーン１の傾斜角度をθ１とし、図５で説明した方法により、ラインセンサ３１ｃの測距演算領域３１ｃ７の測距方向に沿って測距演算して算出されたスクリーン１までの距離がＬ１、測距演算領域３１ｃ３の測距方向に沿って測距演算して算出されたスクリーン１までの距離がＬ２とする。予め知られている測距演算領域３１ｃ３の測距方向と基線長方向に垂直な方向とがなす角度をβとし、同じく予め知られている測距演算領域３１ｃ７の測距方向と基線長方向に垂直な方向とがなす角度をγとする。傾斜角度θ１は、次式で計算される。
【００７８】
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ２ｃｏｓβ−Ｌ１ｃｏｓγ）／（Ｌ１ｓｉｎγ＋Ｌ２ｓｉｎβ）
【００７９】
次ぎに、図１４を参照して説明する。本実施の形態によるパッシブ型ライン測距装置３により距離が測定される測距方向は、ラインセンサ３１ｃが例えば１０４画素列を有するラインＣＣＤの場合は例えば７つであり（１６２画素列を有する場合は例えば１１）、従って、７つの測距方向にある測定対象のスクリーン１上の７つの位置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇまでの距離が測定される。本実施の形態のライン型測距装置３が測定する距離、すなわち、測距結果は、スクリーン１平面上の基線長ｋ方向（水平方向）に沿った７つの測定位置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ及び１Ｇからそれぞれ、基線長ｋを含む平面に下ろした垂線の長さである（例えば、図５のＬＲ’又は図８のＬＬ’、ＬＲ’に対応する長さ）。このパッシブ型ライン測距装置３により測定された測距結果に基づいて、プロジェクタ２は上記されたθ１を求めるための２つの式の内の前者を使用して、スクリーン１の傾斜角度θ１を算出する。
【００８０】
しかしながら、パッシブ型ライン測距装置３により、複数の測定位置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ及び１Ｇから基線長ｋ方向に下ろした垂線の長さ（例えば、図５のＬＲ’又は図８のＬＬ’、ＬＲ’の距離）を測定した場合、測定対象のスクリーン１平面上の７つの位置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ及び１Ｇまでの距離は、信頼性判定等のさまざまな手段により正確な測定値が得られるように補正しても、なお、図１５（ａ）に示されるように、コントラスト重心位置１、２、３、４、５、及び６（７は図示しない）を横軸として、測定された距離（測距結果）を縦軸に取って示される、丸点の位置にある距離として測定される。
【００８１】
測距結果が、スクリーン１平面上の複数の測定位置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ及び１Ｇから基線長ｋ方向に下ろした垂線の長さである場合（図５のＬＲ’又は図８のＬＬ’、ＬＲ’の場合）、本来ならば直線的に変化するはずであるが、現実の測距結果は、図１５（ａ）の丸点に示すように直線的に変化しない。このような直線関係からの逸脱は製造誤差や測定時のノイズ等に起因する。
【００８２】
スクリーン１平面上の複数の測距結果は本来はほぼ直線的に変化する関係にあり、この直線的変化から１つの傾斜角度θ１が一義的に算出されるべきである。しかし、実際は、ノイズ及び製造誤差等のさまざまな原因により、測定された距離を結んでも直線的に並ばず、図１５（ａ）のように折れ線グラフのように並ぶ。このため、複数の測距結果からスクリーン１の正確な傾斜角度θ１を一義的に算出することが困難となる。本発明はこの問題点を解決するため、測距結果が直線的に変化するという上記原理等を用いて、測定対象の平面的物体上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定する場合、個々の位置の距離測定による誤差が最小になるような代表値を算出して使用する。
【００８３】
図１６に、本発明の原理を説明するため、図６に示されたパッシブ型ライン測距装置３のラインセンサ３１ｃ内の距離を測定するために使用される測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７を、模式的に示す。本実施の形態のラインセンサ３１ｃ内の各演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７は、隣りの演算領域と互いに半分の画素数を共有する関係になっている。例えば、領域３１ｃ１と領域３１ｃ２は半分の画素数を互いに共有し、領域３１ｃ２と領域３１ｃ３は互いに半分の画素数を共有している。図１６は、このような本実施の形態で使用される図６のラインセンサ３１ｃ内の測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７間の画素の重複関係を、重複した部分を上側に配した模式図で示す。
【００８４】
図１６に示すような測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７を有するラインセンサ３１ｃにより、スクリーン１のような平面上の直線的に並んだ複数の位置を測距する場合、領域３１ｃ１により測定された距離、領域３１ｃ２により測定された距離、及び領域３１ｃ３により測定された距離の３者の関係は、領域３１ｃ１と領域３１ｃ３により測定された距離の平均値が、領域３１ｃ２により測定された距離に等しくなる。何故ならば、測定対象は平面的物体であるため、その上に直線的に並んだ位置までの測距結果は直線的関係を有するからである。すなわち、測距結果同士は相互関係を有する。この相互関係は測定対象が平面的物体であることから起因する。一般的に、このようなラインセンサのＮ番目の測距演算領域とＮ＋１番目の測距演算領域とＮ＋２番目の測距演算領域でもって、スクリーン１のような平面物体上のある直線に沿った複数の位置を距離を測定した場合、Ｎ番目の領域による測定距離とＮ＋２番目の領域による測定距離の平均値Ｓは、その中間のＮ＋１番目の領域による測定距離Ｔとほぼ等しくなるはずである。本発明は、上記原理を用いて、複数の隣接した測距演算領域の測距結果から、中間の測距演算領域の測距結果Ｔが両隣の測距演算領域の平均値Ｓと所定の判定値以上離間している場合（｜Ｔ−Ｓ｜≧判定値、若しくは、｜Ｔ／Ｓ−１｜≧判定値）は、これらの測距演算領域の測距結果は信頼性が無いと判定して、以後の演算処理から排除する。なお、判定値の大きさは目的に応じて適宜選択できる。
【００８５】
本発明による代表値を算出する方法は、以下の通りである。
（１）個々の領域のコントラスト重心位置に対しての平均化処理で、Ｎ、Ｎ＋１、及びＮ＋２の領域に対してのコントラスト分布の重心位置の平均を検出する。
（２）個々の領域の測距結果に対しての平均化処理により、Ｎ、Ｎ＋１、及びＮ＋２領域に対しての測距結果の平均を検出する。
【００８６】
図１５（ｂ）に示すように、上記２つの平均化処理（１）及び（２）を、図１５（ａ）のＮ、Ｎ＋１、Ｎ＋２（図１５（ａ）ではＮ＝１〜４の自然数）の各３つの測距演算領域を含む４つの小グループ毎について行なうと、小グループ毎の測距結果の平均値を縦軸に、小グループ毎のコントラスト分布の重心の平均位置を横軸に示したグラフを生ずる。図１５（ａ）と図１５（ｂ）を比較してみれば、容易に理解されるように、平均化された値によるグラフはほぼ直線上に並ぶ。従って、スクリーン１の傾斜角度θ１を、図１５（ｂ）の平均化された値を結ぶ直線的な関係を示すグラフの傾きから算出すれば、より精度の高い角度を検出できる。
【００８７】
例えば、図１５（ｂ）に示される平均化された測距結果の４つから、隣り合った２つ同士の測距結果を使用して、上述した式から傾斜角度θ１をそれぞれ求めると３つの傾斜角度θ１が得られる。３つの傾斜角度の内で、最大値と最小値を除いた真中の中央値の大きさの傾斜角度又はそれらの平均値を検出された傾斜角度θ１とすることができる。このようにして、より精度の高い角度を検出できる。
【００８８】
なお、プロジェクタ２の投射光学系８が自動焦点機構を有していて、スクリーン１までの距離を自動的に検出して、スクリーン１上に投射された画像の自動焦点を行なう場合、スクリーン１までの距離としては、図１５（ｂ）に示される測距結果の平均値のうち、最大値と最小値を除いた中央値又はそれらの平均値を選ぶことができる。代替的に、ラインセンサ３１ｃの中央の測距演算領域３１ｃ４の測距結果が両隣りの測距演算領域の測距結果と直線関係を有する場合にはそれを使用してもよい。このようにして、より精度の高い距離を検出できる。
【００８９】
次ぎに、図１７及び図１８に示されるフローチャートを参照して、本発明の角度検出器の動作を説明する。
【００９０】
まず、図１７を図１と併せて参照しながら説明する。プロジェクタ２に電源が投入されると、又は、プロジェクタ２の動作中において定期的な角度検出動作が開始されると、制御回路５は外部の図示しないパーソナルコンピュータ等から入力画像データが入力されているかどうかを判断して、外部からの入力画像データがあれば、投影画像生成部６にその画像データに応じた表示データを出力させて、表示駆動部７及び投射光学系８を介して画像をスクリーン１に投射する。もし、入力画像データがなければ、制御回路５はプロジェクタ２内に予め記憶された調整用コントラスト画像データ（例えば、ロゴマーク等を含んだ適当な画像データ）を投影画像生成部６に出力し、表示駆動部７及び投射光学系８を介してその画像をスクリーン１に投射する（ブロック１０１）。
【００９１】
上記の動作は、プロジェクタ２が持つ本来の画像投影機能により投射された画像を使用して角度を検出をするための動作であり、このようにライン型パッシブ測距装置３及び４は調整用コントラスト画像の投影専用の投光部が不要である。
【００９２】
続いて、制御回路５は、ライン型パッシブ測距装置３及び４の撮像部３１及び４１を動作させて（１０２）、スクリーン１上の水平面内及び垂直面内にある複数の位置までの距離を測定して、水平面内及び垂直面内のスクリーン１のプロジェクタ２に対する傾斜角度を検出する。なお、上述の通り角度検出操作スタート（１０１）は、プロジェクタ２の電源投入時に限らず、プロジェクタ２の動作中に随時に行なうことができる。この際には、スクリーン１上に投射されている任意の画像が角度検出のための測距に使用される。撮像部３１及び４１を動作させて、ラインセンサからデータを読出してＡ／Ｄ変換（図３中の３２ａ）をする（１０３）。ラインセンサのセンサデータから直流成分を除去するためのフィルタ（図３中の３２ｃ）処理がされ（１０４）、その後に、各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７に関して、相関演算（図３中の３２ｄ、３２ｅ）、補間演算（図３中の３２ｆ）、コントラスト重心演算（図３中の３２ｈ）、そして信頼性判定（図３中の通常の信頼性判定部３２ｉによる、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上かの判定）を行い、この信頼性判定が合格すれば、ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫをセットする（１０５）。もし、２つ以上の測距演算領域でデータ信頼性判定（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）に合格していなければ（１０６）、以後の角度検出は不可能であるから（１１１）、動作を終了する（１１２）。
【００９３】
２つ以上の測距演算領域でデータ信頼性に合格していれば（１０６）、図５を参照して説明した方法により距離を算出する（１０７）。距離を算出する際にはレンズ収差による補正や温度補正等の既知の補正をする。そして、３つ以上の測距演算領域でデータ信頼性判定（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）に合格しているかを見る（１０８）。もし、３つ以上の測距演算領域でのデータ信頼性（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）が合格していなければ（１０８）、本発明の平均化処理方法（１）及び（２）と相互信頼性判定は使用できないから、従来の傾斜角度θ１を求めるための上述した２つの式の前者を使用して角度演算をして（１１０）、終了する（１１２）。角度演算は、図３中の角度演算部５３により処理される。
【００９４】
もし、３つ以上の測距演算領域でのデータ信頼性判定（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）が合格していれば（１０８）、図１８のサブルーチン処理による本発明の平均化処理方法（１）及び（２）と相互信頼性判定が適用される（１０９）。図１８のサブルーチン処理で実行される本発明の平均化処理方法（１）及び（２）と相互信頼性判定を適用した後（１０９）の距離測定結果を用いて、傾斜角度θ１を求めるために上述した２つの式の前者を使用して角度演算がされて（１１０）、終了する（１１２）。
【００９５】
このようにして、検出された傾斜角度θ１が制御部５により表示駆動部７又は投影画像生成部６に供給されて、スクリーン１上の画像の台形歪みを補正するため、上述したような電気的な又は光学的な補正動作を行なう。
【００９６】
図１８は、図１７中のブロック１０９において実行される本発明の平均化処理方法（１）及び（２）と相互信頼性判定を行なうためのサブルーチンを示すフローチャートである。これらのサブルーチンは、図３に示される相互信頼性判定部５１及び平均値演算部５２において実行される。
【００９７】
図１７のブロック１０９に入ると、図１８のサブルーチン測距結果処理が開始されて（ブロック２０１）、Ｎ＝１にセットされる（２０２）。そして、Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２の測距演算領域のデータ信頼性（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）がすべて合格しているかを検査する（２０３）。もし、連続した３つの測距演算領域のデータ信頼性（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）が合格していなければ、Ｎに１を加算して（２１０）、加算後のＮが最終値（本実施の形態では、７）から１を引いた値であれば（２１１）、図１７のブロック１１０に戻る。加算後のＮが、最終値から１を引いた値でなければ（２１１）、ブロック２０３に戻る。もし、連続した３つの測距演算領域のデータ信頼性（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）が合格していれば（２０３）、領域Ｎの測距結果と領域Ｎ＋２の測距結果の平均値Ｓを求める（２０４）。そして、領域Ｎ＋１の測距結果をＴとして（２０５）、ＳとＴの差の絶対値Ｕを求める（２０６）。
【００９８】
もし、差の絶対値Ｕが所定の判定値以上であれば（２０７）、この隣接する３領域の測定データの信頼性がないと判定されて、ブロック２１０に行く。もし、差の絶対値Ｕが所定の判定値未満であれば、この隣接する３領域の測定データの信頼性が有ると判定され（２０７）、本発明の平均化処理方法（２）が適用されて、隣接する測距演算領域による測距結果の平均値が求められて記憶される。すなわち、（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２の測距結果合計）／３＝Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）が求められて記憶されて、図１７のブロック１１０における角度演算に使用される。
【００９９】
次ぎに、本発明の平均化処理方法（１）が適用されて、隣接する測距演算領域によるコントラスト分布重心の平均値が求められて記憶される。すなわち、（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２のコントラスト重心結果合計）／３＝Ｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）が求められて記憶されて、同様に図１７のブロック１１０における角度演算に使用される。その後、ブロック２１０に進んでＮに１が加算される。そして、Ｎが最終値から１を引いた数に等しければ（２１１）、図１７のフローチャートに戻り（２１２）、平均化処理（１）及び（２）で得られた平均値、Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）及びＢａｌａｎｃｅ（Ｎ）、を用いて傾斜角度θ１の角度演算が上述された式を使用して行なわれる（１１０）。このようして計算で求められた傾斜角度θ１が複数存在する場合は、その内の最大値と最小値を除いた中央値又はそれらの平均値を傾斜角度θ１とする。このようにして、精度の高い角度検出ができる。
【０１００】
図１８のフローチャートで示すように本発明の角度検出装置は、ラインセンサを用いて測定対象の平面的物体上の直線的に並んで隣接した３つの位置の距離を測定した測距結果については、中間の位置の測距結果が両端の位置の測距結果の平均値とほぼ等しくなるはずだから、もし、中間の位置の測距結果が両端の測距結果の平均値と所定値以上離間しているならば、測距結果の直線性が無くよって測距結果の信頼性が無いと判定して、以降の処理には使用しない。もし、中間の位置の測距結果が両端の測距結果の平均値と所定値未満内にあれば、測距結果は直線性を有しよって信頼性が有るとして、以降の処理に使用する。
【０１０１】
本発明の角度検出装置は、ラインセンサを用いて測定対象の平面的物体上の直線的に並んだ複数の位置の距離を測定した結果から、隣接した３つの位置からなる小グループを複数個作成して、各小グループ毎に測距結果の平均値及びコントラスト分布の重心位置の平均値を求める。そして、これら平均値に基づいて角度演算をして、測定対象の平面的物体の相対的な傾斜角度を検出する。
上述の本発明の実施の形態の説明は、水平方向の基線長ｋを有するライン型測距装置３による水平面内のスクリーン１と基線長ｋ方向との傾斜角度θ１の角度検出について述べたが、垂直方向の基線長ｋ’（図示せず）を有するライン型測距装置４による垂直面内のスクリーン１と基線長ｋ’（図示せず）方向との傾斜角度の角度検出について同様であることは容易に理解できるであろう。
【０１０２】
以上説明した本発明の実施の形態において、距離を測定する測距部としてはライン型パッシブ測距装置を用いたが、ライン型であれば良く、パッシブ型でなくアクティブ型であっても良く、また、光学式でなくても良い。例えば、超音波を出力して、その反射が検出されるまでの時間を計測してその時間に基づいて距離を測定する測距装置であっても良い。上述した本実施の形態においては、水平方向と垂直方向の一対のライン型測距装置を使用したが、直交する関係に配置する必要は無く、また、１つのライン型測距装置のみでもよい。また、測定対象としてスクリーン平面を用いたが、スクリーンに限らず、どんな平面的物体の測定対象についても本発明の角度検出装置は適用できる。例えば、測定対象の平面的物体としては、工作機械により加工される被加工物であって良く、これら被加工物に対して加工道具を正対させるため、被加工物と加工道具の相対的な傾斜角度を検出するためにも、本発明の角度検出器は適用できる。
【０１０３】
さらに、上述した本発明の実施の形態による平均化処理（１）及び（２）と相互信頼性判定のための２つの測距離演算領域の平均値を中間の測距演算領域の値と比較する手法にそれぞれ使用された測定距離、すなわち、測距結果は、基線長ｋ方向に沿った測定対象の平面的物体１の複数の測定位置１Ａ〜１Ｇから基線長ｋ方向に下ろした垂線の長さ（例えば、図５のＬＲ’又は図８のＬＬ’、ＬＲ’）であるが、レンズ３１ａから測距方向Ａ〜Ｇに沿った複数の測定位置１Ａ〜１Ｇまでの距離（例えば、図５のＬＲ又は図１３のＬ１、Ｌ２）を使用しても、本発明の原理は適用できる。後者の複数の測距結果は前者の直線的な関係ではなく、三角関数的な関係を有する。従って、三角関数を使用して信頼性判定と平均化処理を行なうことになるであろう。
また、図１８において、ステップ２０３でＹｅｓと判断した場合、ステップ２０４〜２０７を省略して直接ステップ２０８に進むようにしてもよい。この場合、ステップ２０４〜２０７を省略することによる処理時間の短縮が図れる。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、ライン型測距装置により測定対象の平面的物体上の直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定する際、測定対象上の隣接したいくつかの位置からなる小グループ毎に測定された距離の代表値を算出すれば、測定対象の平面的物体上の１つの位置までの距離測定がノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくすることができる。また、少なくとも１つの位置の距離測定が正常に行なわれない場合でもその影響を少なくすることができる。さらに、１つのライン型測距装置を備えることにより、測定対象の平面的物体上の互いに異なる複数の位置までの距離を測定することが可能となるため、従来装置のように測定位置の増大に応じて測距装置を増やす必要が無く、角度検出装置の構成が簡略化できる。
【０１０５】
請求項２に記載された本発明によれば、測定された距離の代表値を測定距離の平均値から算出することにより、測定対象の平面的物体上の位置までの距離測定が、ノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくすることができる。
【０１０６】
請求項３に記載された本発明によれば、各小グループに対応したラインセンサの複数の測距演算領域内において、コントランスト分布の重心位置代表値を求めて、この求められたコントラスト分布の重心位置代表値及び測定された距離の代表値を使用して、測定対象の傾斜角度を求める。この結果、精度の高い角度検出装置が達成できる。
【０１０７】
請求項４に記載された本発明によれば、測定対象の平面的物体上のある直線に沿って空間的に隣接したいくつかの測定位置を含む各小グループ毎に、測距結果の相互関係に基づいて信頼性を判定して、信頼性無しと判定した測距結果は以後の角度検出処理からは排除し、信頼性有りと判定した測距結果は以後の角度検出処理に使用する。この結果、精度の高い角度検出装置が達成できる。
【０１０８】
請求項５に記載された本発明によれば、測距部により、測定対象である平面的物体上に延びたある直線上の異なる複数の位置までの距離を測定すると、例えば測定距離が直線的に変化するという原理に基づいて、測定対象上の隣接したいくつかの位置からなる小グループ毎に測定された距離の代表値を算出することにより、測定対象の平面的物体上の１つの位置までの距離測定がたとえノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくすることができる。従って、距離測定が正確になるため、この正確な距離測定に基づいた精度の高い角度検出装置が達成できる。
【０１０９】
請求項６に記載の本発明によれば、測定対象が画像の投影されるスクリーンであるから、このスクリーンの傾斜角度を検出してスクリーン上の画像の台形歪みの補正をするために使用できる。
【０１１０】
請求項７に記載の本発明によれば、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の台形歪みを簡単な構成で自動的に正確に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態による角度検出器を有するプロジェクタの構成を示す概略ブロック図。
【図２】図１に示したプロジェクタの概略正面図。
【図３】本発明の１つの実施の形態による角度検出器の機能ブロック図。
【図４】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の測距操作を説明する図。
【図５】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の測距操作を説明する別の図。
【図６】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の一対のラインセンサの概略を示すブロック図。
【図７】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による複数位置の距離測定を説明する別の図。
【図８】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図９】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する別の図。
【図１０】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する別の図。
【図１１】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する別の図。
【図１２】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の測距演算領域のコントラスト重心位置を求める方法を説明する別の図。
【図１３】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する別の図。
【図１４】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による複数位置の測距結果に基づく角度検出方法を説明する別の図。
【図１５】（ａ）本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による複数位置の測距結果及び（ｂ）それらの測距結果の本発明による平均化処理後の状態を説明するグラフを、縦軸に測定距離、横軸にラインセンサ上の位置を示す図。
【図１６】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置のラインセンサの測距演算領域の構成を概略的に示す模式図。
【図１７】本発明の１つの実施の形態による角度検出器の動作を示すフローチャート図。
【図１８】本発明の１つの実施の形態による角度検出器の平均化処理の動作を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１ スクリーン
１Ａ〜１Ｇ 測定位置
２ プロジェクタ
３ 測距装置
４ 測距装置
５ 制御回路
３１ 撮像部
３１ａ レンズ
３１ｂ レンズ
３１ｃ ラインセンサ
３１ｄ ラインセンサ
３１ｃ１〜３１ｃ７ 測距演算領域
３２ 演算部
５１ 相互信頼性判定部
５２ 平均値演算部
５３ 角度演算部
ｋ 基線長
θ１ 水平面内でスクリーン１が基線長ｋ方向となす傾斜角度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an angle detection device using a line-type distance measurement device and a projector including the same.
[0002]
[Prior art]
When a projector such as a liquid crystal projector is used, there is a problem that distortion called trapezoidal distortion occurs in an image projected on a screen due to a relative positional relationship between a projection optical axis of the projector and a screen plane projected by the projector. . When the projector projects an image from the front of the screen, the position of the projector is shifted from the center of the screen so as not to disturb the viewer. Rather than tilting, resulting in the top of the screen being farther (or closer) to the projector than the bottom of the screen. It also occurs when the right side of the screen is farther (or closer) from the projector than the left side of the screen.
[0003]
Conventionally, in order to automatically correct this trapezoidal distortion, an inclination angle indicating how much the screen plane is inclined from a state perpendicular to the projector projection optical axis is automatically detected and detected. An electrical correction method for generating an image having a trapezoidal distortion opposite to the projected image in the video circuit inside the projector in accordance with the tilt angle and projecting the image, and a projection lens (condenser lens) of the projection optical system of the projector. An optical correction method for adjusting the tilt is used (Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-122617 (see paragraph 0044 and FIG. 2)
[0005]
Patent Document 1 discloses a conventional angle detection device for automatically detecting a relative inclination angle of how much a projection optical axis of a projector is inclined from a state perpendicular to a screen plane. is there. The device described in Patent Literature 1 measures each distance to a screen by two active distance measurement sensors arranged at a predetermined distance above and below a front surface of a projector main body 1 to obtain a relative distance. It is required to obtain a proper inclination angle.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the angle detection device of the related art described in Patent Literature 1, two distances are measured to obtain a relative inclination angle where the projection optical axis of the projector is inclined from a direction perpendicular to the screen plane. Therefore, if one or both of the two distance measurements are not correctly measured due to noise or the like, the detection accuracy of the inclination angle deteriorates, and there is a problem that the trapezoidal distortion cannot be correctly corrected. Was.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to use a distance measuring apparatus which solves the conventional problems by enabling the inclination angle to be detected as accurately as possible even if one distance cannot be accurately measured due to noise or the like. And a projector provided with the same.
[0008]
In order to solve the above problems, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. 2002-253402 filed on August 30, 2002, but the present invention is also related to the prior application invention.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a pair of lenses arranged on the same plane and separated by a base line length, and separated from the pair of lenses by a predetermined distance so as to extend in the base line length direction. A line sensor composed of a plurality of detectors arranged on which a planar object to be distance-measured is imaged via the pair of lenses, and the base line length based on an output from the line sensor And a calculating unit for calculating distances to a plurality of different positions on the measurement target in a plurality of different ranging directions on a plane including the line sensor, and Representative value calculating means for forming a plurality of small groups including some of the positions spatially adjacent to each other from among the plurality of positions and calculating a representative value of the distance calculated by the calculation unit for each of the small groups And on A tilt angle calculation unit configured to calculate a tilt angle of the planar object with respect to the same plane on a plane including the base line length and the line sensor based on the representative value. Is done.
[0010]
According to such a configuration of the present invention, when measuring the distance to a plurality of positions linearly arranged on the planar object to be measured by the line-type distance measuring device, when measuring the distance from several adjacent positions on the measurement target By calculating the representative value of the distance measured for each small group, even if the distance measurement to one position on the planar object to be measured cannot be correctly performed due to noise or a manufacturing error, The influence can be reduced. As described above, even when the distance measurement of at least one position is not normally performed, the influence can be reduced. Further, by providing one line-type distance measuring device, it is possible to measure distances to a plurality of different positions on a planar object to be measured. Accordingly, there is no need to increase the number of distance measurement devices, and the configuration of the angle detection device can be simplified.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the representative value calculated by the representative value calculating means is an average value of measured distances in the small group. An angle detection device is provided.
[0012]
According to the configuration of the present invention, when measuring the distance to a plurality of linearly arranged positions on the planar object to be measured by the line-type distance measuring device, a representative value of the measured distance is used as the representative value of the measured distance. By calculating from the average value, even when the distance measurement to one position on the planar object to be measured cannot be correctly performed due to noise or the like or a manufacturing error, the influence can be reduced.
[0013]
According to the third aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects, the line sensor is configured such that one of the pair of images of the measurement object generated by each of the pair of lenses is one of a pair of images. It has a first light receiving area to be imaged, and a second light receiving area to form the other of the pair of images, and the first light receiving area corresponds to each of the plurality of different distance measurement directions. And a plurality of distance measurement calculation areas set in the first and second light reception areas. The calculation unit is configured to output the plurality of distance measurement calculation areas based on an output from the distance measurement calculation area in the first light reception area and an output from the second light reception area. The distance to the plurality of positions in the direction of distance measurement is calculated by distance measurement, respectively, and the representative value calculation unit further calculates the respective contrast centroid positions of the plurality of distance measurement calculation regions. The above multiple measurements corresponding to each small group A center-of-gravity position representative value of the contrast distribution in the calculation region is obtained, and the inclination angle calculating unit calculates the base line length based on the representative value of the distance calculated by the representative value calculating unit and the representative value of the center-of-gravity position of the contrast distribution. And calculating an inclination angle of the planar object to be measured with respect to the same plane on a plane including the line sensor.
[0014]
According to the configuration of the present invention, the center-of-gravity position representative value of the contrast distribution is obtained in the plurality of distance measurement calculation areas of the line sensor corresponding to each small group, and the center-of-gravity position representative value of the obtained contrast distribution is obtained. Using the value and the representative value of the measured distance, the inclination angle of the measurement object is determined. As a result, a highly accurate angle detection device can be achieved.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a distance measurement result obtained by the arithmetic unit measuring a distance to a plurality of different positions on the measurement target. In each of the small groups, further includes a determination unit that determines whether there is reliability of the distance measurement result of the distance measurement operation based on the mutual relationship of the plurality of different positions, the representative value calculation unit, An angle detection device is provided, which includes calculating a representative value of distance measurement from a distance measurement result of the small group determined to be reliable by the determination unit.
[0016]
According to such a configuration of the present invention, for each small group including several spatially adjacent positions on the measurement target, the reliability of the distance measurement result is determined based on the correlation between the distance measurement results, The distance measurement result determined to be unreliable is excluded from the subsequent angle detection processing, and the distance measurement result determined to be reliable is used for the subsequent angle detection processing. As a result, a highly accurate angle detection device can be achieved.
[0017]
According to the present invention as set forth in claim 5, a distance measuring unit that determines a distance to a plurality of measurement positions arranged on a straight line extending on a planar object to be measured, and the plurality of measurement positions Divided into a plurality of small groups spatially adjacent to each other, a representative value calculation unit that obtains a representative value of a distance that is a distance measurement result by the distance measuring unit in each small group, based on the representative value of the distance, An angle detection device is provided, which includes an inclination angle calculation unit that calculates an inclination angle between the distance measurement unit and the measurement target.
[0018]
According to the configuration of the present invention, when the distance measuring unit measures distances to a plurality of positions arranged on a straight line extending on a planar object to be measured, several distances adjacent to the measuring object are measured. By calculating the representative value of the distance measured for each small group of positions, even if the distance measurement to one position on the planar object to be measured cannot be correctly performed due to noise or a manufacturing error, The effect can be reduced. Therefore, since the distance measurement is accurate, a highly accurate angle detection device based on the accurate distance measurement can be achieved.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the angle detecting device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the measurement target is a screen on which an image is projected.
[0020]
According to the configuration of the present invention, since the measurement target is the screen on which the image is projected, it can be used for detecting the inclination angle of the screen and correcting the distortion of the image on the screen.
[0021]
According to the seventh aspect of the present invention, there is provided a projector for projecting an image on a screen, wherein the angle detecting device according to the sixth aspect and the tilt angle calculated by the angle detecting device are arranged on the screen. An image distortion correction unit for correcting the image distortion is provided.
[0022]
According to the configuration of the present invention, it is possible to automatically and accurately correct image distortion caused by a relative inclination angle between the projector and the screen with a simple configuration.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0024]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a projector 2 that includes the angle detection device according to the present embodiment and electrically corrects a trapezoidal distortion of an image projected on the screen 1 based on the detected inclination angle of the screen 1. The angle detecting device according to the present embodiment detects a tilt angle of the projector 2 with respect to the screen 1 in a horizontal plane and a vertical plane. A first line-type passive distance measuring device 3 and a second line-type passive distance measuring device 4 for measuring a distance to the first line type are provided. The passive distance measuring device receives the image projected on the screen 1 and measures the distance without emitting or transmitting light by itself. The line-type distance measuring device has a line sensor in which a plurality of photodetector cells are linearly arranged.
[0025]
FIG. 2 is a plan view showing the front of the projector 2 shown in FIG. Note that the angle detection device according to the present embodiment is not limited to the one provided in the projector, and is not limited to the one that detects the angle of inclination with the screen. It can be applied to relative tilt angle detection. The projector 2 is an example of an application in which the angle detection device of the invention is used.
[0026]
As shown in FIG. 2, the first line-type passive distance measuring apparatus 3 of FIG. 1 is separated from a plane constituting the front of the projector 2 by a first base line length k (not shown) extending in the horizontal direction. It has an imaging unit 31 provided with a pair of lenses 31a and 31b arranged in a row. Similarly, the second line-type passive distance measuring device 4 extends in the vertical direction orthogonal to the horizontal direction of the imaging unit 31 on the same plane that forms the front of the projector 2 and has a second base line length k ′ (not shown). It has an imaging unit 41 provided with a pair of lenses 41a and 41b that are arranged only apart from each other. As shown in FIG. 2, a lens (which may include a condenser lens or the like) 8 of a projection optical system is further provided on the same plane constituting the front of the projector 2, and projects an image on the screen 1. Irradiation.
[0027]
FIG. 1 is referred to again. If the optical axis emitted from the projection lens 8 to the screen 1 is perpendicular to the screen 1 plane, the distance from the projection lens 8 to the top and bottom (or left and right) of the screen 1 is equal, and the screen 1 No trapezoidal distortion occurs in the upper image. However, in actuality, as described above, the projector 2 is shifted downward or upward from the center of the screen so as not to obstruct the viewer when irradiating from the front of the screen 1. The projection optical axis emitted from the projection lens 8 to the screen 1 is inclined from a position perpendicular to the screen 1 plane.
[0028]
For this reason, the distance from the projection lens 8 to the upper and lower portions of the screen 1 is different, and thus, a trapezoidal distortion occurs in the image projected on the screen 1. As described above, in order to correct the trapezoidal distortion, the inclination of the optical axis of the projection lens 8 is optically corrected, or the portion projected small (large) due to the trapezoidal distortion is greatly enlarged (small reduced). An electrical correction in which the image processing to be performed is performed by an electric circuit is considered as described in Patent Document 1.
[0029]
However, in order to automatically perform these corrections, first, the inclination angle of the optical axis of the projection lens 8 from the vertical direction of the plane of the screen 1, that is, the angle of the screen 1 with respect to the plane constituting the front of the projector 2. It is necessary to automatically and accurately measure the inclination angle of a plane.
[0030]
As will be described in detail below, the angle detecting device of the present invention includes first and second line-type passive distance measuring devices 3 and 4, and the horizontal (first line-type) By measuring distances to a plurality of positions along the direction of the base line length of the passive distance measuring device 3) and perpendicularly (corresponding to the direction of base line length of the second line type passive distance measuring device 4), the projector 2 The inclination angle of the plane of the screen 1 with respect to the plane constituting the front surface can be accurately measured in the horizontal plane and the vertical plane.
[0031]
The first and second line-type passive distance measuring devices 3 and 4 have arithmetic units 32 and 42, respectively, and output signals from the imaging units 31 and 41 are input thereto. Output signals from the operation units 32 and 42 are input to the control circuit 5 including the configuration of the present invention. The control circuit 5 controls the first and second line-type passive distance measuring devices 3 and 4, and receives an input image from a device such as a personal computer (not shown) to output image information and a projection image generating unit 6; The display driver 7 that outputs an image to the projection lens 8 is controlled. The control circuit 5 calculates the relative inclination angles of the screen 1 in the horizontal and vertical directions with respect to the plane constituting the front of the projector 2 based on the outputs from the calculation units 32 and 42 according to the present invention. Next, the control circuit 5 controls the projection image generating unit 86 and / or the display driving unit 7 so as to correct the trapezoidal distortion based on the calculated inclination angle, and adjusts the vertical and / or horizontal directions of the screen 1. Enlarge or reduce the projected image. However, as described above, the optical correction or the electrical correction of the trapezoidal distortion itself is known (for example, see Patent Literature 1), and will not be described further. The control circuit 5 and the operation units 32 and 42 can be constituted by one microprocessor (CPU) 9.
[0032]
The projector 2 has a memory unit 10 and stores data and instructions necessary for the configuration of the present invention. The projector 2 supplies data and instructions to the control circuit 5 and the operation units 32 and 42 at any time. And data from the operation units 32 and 42 and the like. The memory unit 10 includes two types of memory devices such as a non-volatile flash memory and a volatile RAM, and instructions and data used for a long time necessary for the present invention are stored in the non-volatile memory device. Data used only temporarily is stored in a volatile memory device.
[0033]
Next, the configuration of projector 2 according to the present embodiment will be described using functional blocks with reference to FIG. To simplify the description, only the configuration of the first line-type passive distance measuring device 3 will be described, but the second line-type passive distance measuring device 4 has the same configuration. Below a pair of lenses 31a and 32b spaced apart by a base length k (not shown) in the horizontal direction on a plane constituting the front of the projector 2, a focal length f (shown in FIG. ), The line sensors 31c and 31d are arranged along the direction of the base length k (not shown). The line sensors 31c and 31d are a pair of line CCDs having a predetermined number, for example, 104, of light detection elements (pixels) arranged in a straight line, or other line type imaging elements. From the imaging unit 31, an electric signal corresponding to the light amount of the image formed on each pixel of the line sensors 31c and 31d by the lenses 31a and 31b is output in series via the output unit 31e.
[0034]
The A / D conversion unit 32a converts an analog electric signal output from the output unit 31e of the imaging unit 31 into a digital signal. Digitized output signals from the line sensors 31c and 31d are stored in the memory area 32b as video data signal strings IL and IR, respectively, for subsequent processing. Therefore, a pair of video data signal streams IL and IR each consisting of 104 data streams are stored in the memory area 32b. The memory area 32b may be provided in the memory unit 10.
[0035]
The filter processing unit 32c removes the DC component from the output signal of the line sensor (filing) and changes the video data signal streams IL and IR into a useful signal including only the spatial frequency component corresponding to the image. As will be described later with reference to FIGS. 4 and 5, the correlation operation unit 32 d includes a partial video data group iLm (for example, 26 pixel groups spatially close to each other from the video data signal streams IL and IR). The reference image) and iRn (reference image) are selectively extracted, and both partial video data groups iLm and iRn are compared with each other in order to calculate the degree of data coincidence. For example, one partial video data group iLm is fixed as a reference part, and the other partial video data group iRn is used as a reference part, and the comparison is repeated with each pixel even in the IR even one pixel at a time. The maximum correlation degree detection unit 32e detects two partial video data groups iLm and iRn having the highest data coincidence in the pair of video data signal strings IL and IR.
[0036]
The interpolation calculation unit 32f calculates the position interval between the partial video data groups iLm and iRn having the highest degree of coincidence obtained by the maximum correlation degree detection unit 32e with a more accurate position than the position interval in pixel pitch units using a known interpolation method. Interpolate to intervals. Based on the position interval interpolated by the interpolation calculation unit 32f, the phase difference detection unit 32g calculates a relative displacement between a pair of images of the same distance measurement target object formed on the pair of line sensors 31c and 31d. Calculate the quantity (phase difference).
[0037]
As will be described later with reference to FIG. 12, the contrast center-of-gravity calculating unit 32h calculates the contrast center of gravity of the images formed on the line sensors 31c and 31d. The reliability determination unit 32i determines the reliability of the calculated relative displacement amount (phase difference) between the positions imaged on the two line sensors 31c and 31d. This reliability determination is performed, for example, if the object whose distance is to be measured is correctly imaged on both line sensors 31c and 31d, the coincidence obtained by the maximum correlation detection unit 32e is equal to or greater than a predetermined value. Should be. Therefore, even if the degree of coincidence obtained by the maximum correlation degree detection unit 32e is relatively high, if the degree of coincidence is less than a predetermined value, the reliability is determined to be low, and the reliability determination unit 32i determines that the degree of reliability is low. Eliminate the result. If the degree of coincidence obtained by the maximum correlation degree detection unit 32e is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the data is reliable and CONF_FLG1 = OK. The configurations of the imaging unit 31 and the calculation unit 32 described above are well-known, and are described in, for example, Patent Literature 2 and Patent Literature 3, so that further description will be omitted.
[0038]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3230759
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 4-77289
[0039]
The projector 2 further includes a control circuit 5 according to the embodiment of the present invention, and determines the reliability of the ranging result of a small group of several spatially adjacent measurement positions, as will be described later in detail. A mutual reliability determination unit 51, an average value calculation unit 52 for obtaining an average value of a distance measurement result and a contrast center of gravity of a small group of several spatially adjacent measurement positions, and an inclination angle from the distance measurement result. It includes an angle calculation unit 33 that performs a calculation for obtaining the angle. Based on the tilt angle of the screen 1 calculated by the angle calculation unit 53, a correction amount for correcting trapezoidal distortion is given to the projection image generation unit 6 and / or the display drive unit 7. Thus, the trapezoidal distortion on the screen 1 is corrected. Note that the memory unit 10 is connected to the microprocessor (CPU) 9 and stores and provides instruction codes and data necessary for the present embodiment.
[0040]
Next, the operation principle (external light triangulation method) of the line type passive distance measurement devices 3 and 4 will be described with reference to FIG. The first line-type passive distance measuring device 3 includes a pair of lenses 31a and 31b extending in a horizontal direction on a plane constituting the front of the projector 2 and separated by a base length k, and the lenses 31a and 31b from the base length k. And a pair of line sensors 31c and 31d extending along the same horizontal direction as the base line length k direction at a focal distance f. The first line-type passive distance measuring device 3 measures the distance between a plurality of positions on the plane of the screen 1 located in a plane (horizontal plane) including the base line length k and the line sensors 31c and 31d, and obtains the base line length k. A relative inclination angle between the front of the projector 2 and the plane of the screen 1 is calculated in a plane (horizontal plane) including the line sensors 31c and 31d.
[0041]
On the other hand, the second line-type passive distance measuring device 4 includes a pair of lenses 41a and 41b which are vertically separated from each other by a base line length k '(not shown) on a plane constituting the front surface of the projector 2, and A pair of line sensors 41c (not shown) extending along the same vertical direction as the base length k '(not shown) at a distance from the base length k' (not shown) by the focal length f of the lenses 41a and 41b. ) And 41d (not shown). The second line-type passive distance measuring device 4 is a screen 1 located in a plane (vertical plane) including a base line length k '(not shown) and line sensors 41c (not shown) and 41d (not shown). The distance between a plurality of positions on the plane is measured, and within a plane (vertical plane) including the base line length k '(not shown) and the line sensors 41c (not shown) and 41d (not shown), The relative inclination angle between the front of the projector 2 and the plane of the screen 1 is calculated.
[0042]
For the sake of simplicity, only the first line-type passive distance measuring device 3 will be described here, and the description of the second line-type passive distance measuring device 4 will be omitted. The description also applies to the second line type passive distance measuring device 4 only by replacing the horizontal direction with the vertical direction.
[0043]
Explaining the correspondence of the configuration, a pair of lenses 41a and 41b of the line-type passive distance measuring device 4 correspond to a pair of lenses 31a and 31b of the line-type passive distance measuring device 3, and a pair of the line-type passive distance measuring device 4. The line sensors 41c (not shown) and 41d (not shown) correspond to the pair of line sensors 31c and 31d of the line type passive distance measuring device 3, and the imaging unit 41 of the line type passive distance measuring device 4 has a line type. The operation unit 42 of the line-type passive distance measurement device 4 corresponds to the operation unit 32 of the line-type passive distance measurement device 3, and the base line length k in the horizontal direction corresponds to the image pickup unit 31 of the passive distance measurement device 3. It corresponds to the base line length k '.
[0044]
In FIG. 4A, a pair of lenses 31a and 31b are spaced apart from each other by a predetermined base length k extending in the horizontal direction on a plane constituting the front of the projector 2. A pair of line sensors 31c and 31d separated from the pair of lenses 31a and 31b by their focal length f and extending in the base line length k direction (horizontal direction) are provided below a plane constituting the front surface of the projector 2. Are located. The line sensors 31c and 31d are arranged such that their central portions are substantially located on the optical axes 31ax and 31bx of the lenses 31a and 31b, respectively, and the corresponding lenses 31a and 31b are located on these line sensors 31c and 31d, respectively. As a result, an image 1A at a certain position on the screen 1 to be measured is formed.
[0045]
In FIG. 4A, a measurement position 1A on the screen 1 is imaged on line sensors 31c and 31d through optical paths A and B in different directions, via respective lenses 31a and 31b. .
[0046]
If it is assumed that the measurement position 1A is located at infinity, the measurement position 1A is located on the line sensors 31c and 31d located at the focal length f from the pair of lenses 31a and 31b. An image is formed at reference positions 31cx and 31dx crossing the axes 31ax and 31bx.
[0047]
Next, when the measurement position 1A approaches from the infinity position along the direction A on the optical axis 31ax of the lens 31a, and reaches the position in FIG. 4A, that is, the distance LC, the measurement position 1A is placed on the line sensor 31c. In, the image is still formed on the reference position 31cx, but is formed on the line sensor 31d by the lens 31b at a position shifted from the reference position 31dx by α.
[0048]
From the principle of triangulation, the distance LC to the measurement position 1A is determined by LC = kf / α. Here, the base line length k and the focal length f are known values in advance, and the distance LC can be measured by detecting the shift amount α from the reference position 31dx on the line sensor 31d. This is the principle of operation of a passive line sensor distance measuring device for external light triangulation. The detection of the shift amount α and the calculation of LC = kf / α are performed by the calculation unit 32 in FIG.
[0049]
That is, the detection of the deviation amount α of the line sensor 31d from the reference position 31dx is performed for the partial video data groups iLm and iRn extracted from the pair of video data signal strings IL and IR output from the pair of line sensors 31c and 31d, respectively. , The calculation unit 32 performs the correlation calculation. This correlation operation is well known (for example, see Patent Document 2).
[0050]
For this reason, a detailed description of the correlation calculation is omitted, and only the following brief description will be given. As shown in FIG. 4B, in the correlation operation, the area where the degree of coincidence is highest when the partial video data groups iLm and iRn are superimposed on each other is determined by using the line sensors 31c and 31d to superpose the partial video data groups iLm and iRn. This is an operation of detecting while shifting relatively. In FIG. 4B, the partial video data group iLm from one of the line sensors 31c is fixed at the reference position 31cx and used as a reference portion. The position of the partial video data group iRn from the other line sensor 31d is shifted by one pixel as a reference portion, and a partial video data group iRn having the highest matching degree with the reference portion is searched for. The gap between the position on the line sensor 31d that generates the partial video data group iRn having the highest matching degree and the reference position 31dx of the line sensor 31d is the shift amount α.
[0051]
Each of the line sensors 31c and 31d is composed of a pair of line CCDs in which a predetermined number of photodetector cells (pixels) are arranged on a straight line having a predetermined length, as described later. It can be easily obtained from the pixel position and the pixel pitch in the video data signal sequence IR of the data group iRn. In this manner, the distance LC to the measurement position 1A in the same direction A as the optical axis 31ax of the lens 31a can be measured by detecting the shift amount α.
[0052]
Next, the principle of measuring the distances LR 'and LR to the measurement position 1B in a direction different from that in FIG. 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, an image of the measurement position 1B is formed on the line sensors 31c and 31d through the optical paths C and D in different directions, via the lenses 31a and 31b, respectively.
[0053]
If it is assumed that the measurement position 1B exists at infinity in the direction C to be measured, the center of the image at the measurement position 1B formed on the pair of line sensors 31c and 31d by the pair of lenses 31a and 31b is The reference positions 31cy and 31dy are separated from each other by the base line length k. Next, when the measurement position 1B at the infinity position approaches along the distance measurement direction C and reaches the position shown in FIG. 5A, the image at the measurement position 1B formed by the lens 31a is displayed on the line sensor 31c. Does not change, but the position of the image at the measurement position 1B formed by the lens 31b on the line sensor 3dc is shifted from the reference position 31dy by α ′.
[0054]
From the principle of triangulation, the distance LR to the measurement position 1B is LR = kf / (α′cosβ). The angle β is a tilt angle of the distance measurement direction C with respect to the vertical line of the base line length k, that is, the optical axis 31ax of the lens 31a, and is an angle determined by determining the measurement direction C. Since the base line length k, the focal length f, and the cos β are known values, the distance LR can be measured by detecting the shift amount α ′.
[0055]
The distance LR ′ from the same plane (base line length k) constituting the front of the projector 2 on which the lenses 31a and 31b are arranged to the measurement position 1B is obtained by LR ′ = LRcosβ = kf / α ′. That is, the distance LR ′ can be obtained from the known base length k and focal length f by detecting the shift amount α ′. That is, the angle β is unnecessary for measuring the distance LR ′.
[0056]
In order to detect the shift amount α ′, the above-described correlation operation is performed. As shown in FIG. 5B, the position is fixed using the partial video data group iLm corresponding to the reference position 31cy from one line sensor 31c as a reference portion, and the partial video data group iRn from the other line sensor 31d is fixed. The reference portion iRm having the data with the highest matching degree with the data of the reference portion iLm is found by shifting the position as a reference portion by one pixel and overlapping each other.
[0057]
Each of the line sensors 31c and 31d is composed of a pair of line CCDs in which a predetermined number of photodetector cells (pixels) are arranged on a straight line at a predetermined length, as will be described later. It can be easily obtained from the position (pixel number) of the video data group iRn in the video data signal sequence IR and the position (pixel number) of the partial video data group iLm in the video data signal sequence IL and the pixel pitch.
[0058]
In the above-described correlation calculation method, the partial video data group iLm from one line sensor 31c is fixed as a reference unit, and the partial video data group iRn from the other line sensor 31d is used as a reference unit and the position is set to one pixel. It is said that the degree of coincidence is inspected by shifting each other. However, when the distance measurement direction is a direction from an intermediate position between the two lenses 31a and 31b, while moving the positions of the partial video data groups iLm and iRn in the opposite directions on the line sensors 31c and 31d, respectively, The group iLm and iRm may be inspected for a high degree of matching with each other.
[0059]
Next, one of the pair of line sensors 31c and 31d will be described in detail with reference to FIG. The other line sensor 31d is configured similarly to the line sensor 31c. As shown in FIG. 6, the line sensor 31c is configured by a linear CCD (charge coupled device) in which a large number of, for example, 104 photodetector cells (pixels) are linearly arranged, or another linear imaging device. I have. The 104 photodetector cells (pixels) are assigned pixel numbers in order from the left end to the right end in FIG. In these photodetector cells (pixels), seven distance measurement calculation areas are divided into 31c1 (1-26), 31c2 (13-38), 31c3 (27-52), and 31c4 (39) by a group of adjacent 26 units. 64), 31c5 (53 to 78), 31c6 (65 to 90) and 31c7 (79 to 104). Here, the numbers in parentheses are the photodetector cell (pixel) numbers. In each of the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7, in the 26 photodetector cells, the first half is included in the distance measurement calculation area adjacent to the front and the second half is included in the distance measurement calculation area adjacent to the rear. The distance calculation areas 31c1 to 31c7 overlap the adjacent distance measurement calculation areas by half each other.
[0060]
The signals from the photodetector cells (pixels) in each of the distance calculation areas 31c1 to 31c7 correspond to each partial video data group iLm of the video data signal sequence IL of the line sensor 31c in FIGS. Each of the center positions a (13), b (26), c (38), d (52), e (64), f (78) and g (90) of each of the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7 is (however, , The number in parentheses is the pixel number), which is the reference position for determining the distance measurement direction. As a result, the distance measuring device 3 using the line sensors 31c and 31d according to the present embodiment measures the distance to the seven separated positions on the screen 1 in the same plane (horizontal plane) as the reference line k. be able to. However, the actual distance measurement direction can be corrected by the contrast centroid position in the distance measurement calculation area by the contrast centroid calculation unit 32h in FIG. FIG. 6 shows reference positions a ', b', c ', d', e ', f', and g 'corresponding to the other line sensor 31d. It is used when calculating a shift amount when performing a correlation calculation with the distance calculation area.
[0061]
The plurality of different positions on the screen 1 for which the distance is to be measured according to the present invention need not be limited to seven, but may be an appropriate number, for example, 11 or the number of pixels of the line sensors 31c and 31d or the distance measurement operation area. Can be selected by appropriately selecting the number.
[0062]
For example, 11 distance measurement calculation areas may be provided in units of 27 photodetector cell (pixel) groups using a line CCD having 162 photodetector cells (pixels). In each area, 13 to 14 pixels out of the 27 pixels are used in an overlapping manner with the adjacent distance measurement calculation area. In this example, one of 11 positions along the reference line direction (horizontal direction) on the screen 1 can be selected.
[0063]
Next, description will be made with reference to FIG. FIG. 7 shows a state in which the mutual positional relationship of the screens 1 of the projector 2 is set to a predetermined positional relationship in order to perform initial adjustment of the line type distance measuring devices 3 and 4. That is, the screen 1 is preliminarily adjusted to be parallel to the base lengths k and k ′ so that the projection optical axis from the projector 2 is perpendicular to the screen 1, and the initial adjustment of the line type distance measuring devices 3 and 4 is performed from the projector 2. Project an image suitable for. The initial adjustment means, for example, that the lenses 31a and 31b have aberrations. For this reason, when different measurement positions along the base line length k direction on the screen 1 are imaged on the line sensors 31c and 31d, they are actually distorted instead of being formed on a straight line. In the initial adjustment, a correction coefficient for correcting the distortion due to the lens aberration is calculated, stored in the memory unit 10, and used by the calculation units 32 and 42 thereafter. The line type distance measuring device 3 measures the distances on the screen 1 in the seven distance measuring directions by using the seven distance measuring calculation areas 31c1 to 31c7 on the line sensor 31c. For simplicity, in FIG. 7, among the seven directions, 1C, 1E, and 1G on the screen 1 in three distance measurement directions corresponding to the three distance measurement calculation areas 31c3, 31c5, and 31c7 on the line sensor 31c. Only the position is shown.
[0064]
The line type distance measuring device 3 measures an inclination angle of the screen 1 plane with respect to the base line length k direction in the horizontal plane, and the line type distance measuring device 4 tilts the screen 1 plane in the base line length k ′ (not shown) direction in the vertical plane. Measure the angle. For the sake of simplicity, only the measurement of the inclination angle of the screen 1 plane with respect to the base line length k direction in the horizontal plane by the line type distance measuring device 3 will be described. However, the description of the present embodiment is similarly applied to the measurement of the inclination angle of the screen 1 in the vertical plane by the line type distance measuring device 4.
[0065]
Next, a method of measuring the inclination angle of the screen 1 using the passive line distance measuring device 3 will be described with reference to FIGS. For the sake of simplicity, the two distance measurement directions C and G of the two distance measurement calculation areas 31c3 and 31c7 of the line sensor 31c are used, and two distance measurement directions C and G on the screen 1 in the two distance measurement directions C and G are used. Two distances LR ′ and LL ′ to the two measurement positions 1C and 1G are measured by the method described with reference to FIG. In the present embodiment, only two distances LR ′ and LL ′ are measured. However, actually, the distances to seven (or eleven) measurement positions on the screen 1 in the seven (or eleven) distance measurement directions are different. Measured.
[0066]
If the measurement positions 1C and 1G on the screen 1 are images suitable for passive distance measurement, the logo of the manufacturer first projected on the screen 1 via the projection lens 8 when the power of the projector 2 is turned on. An image including a mark or the like may be used. When the angle detection operation is periodically performed during the operation of the projector 2, the measurement positions 1 </ b> C and 1 </ b> G on the screen 1 may be any image projected on the screen 1. It may be.
[0067]
The distance L between the reference positions c (38) and g (90) in the distance measurement directions C and G of the two distance measurement calculation areas 31c3 and 31c7 of the line sensor 31c is determined by the pixel number and pixel pitch in parentheses. This is a known value.
[0068]
Assuming that a point perpendicularly lowered from the measurement position 1C on the straight line k2 parallel to the base line length k to a straight line k1 parallel to the base line length k passing through the measurement position 1G is C ′, between the measurement positions 1C and C ′ Is equal to LR′−LL ′. When the inclination angle θ1 of the screen 1 is not so large, the point of the distance LR′−L / f from the measurement position 1G on the straight line k1 is C ″, and the magnitude of LR′−LL ′ is C ′. The distance 1C'-C "when the intersection point 1C 'between the screen 1 and the line orthogonal to the straight line k1 from" is obtained. Usually, the relative positional relationship between the screen 1 and the projector 2 is manually set in advance. Is often adjusted, the inclination angle θ1 does not become very large, and this approximation is appropriate in many cases. The triangle formed by the measurement position 1G, the point 1C "and the center of the lens 31a and the reference The triangle formed by the positions c and g and the center of the lens 31a have a similar relationship, and the two reference positions c (38) and g (90) of the two distance measurement calculation areas 31c3 and 31c7 on the line sensor 31c. )Among Away L, since then corresponds to the distance between the measurement position 1G~ point C ", the value of the inclination angle θ1, using the relationship and trigonometric functions similar shape,
θ1 = arctan {(LR′−LL ′) / (LL ′ * L / f)}
You can ask.
[0069]
Therefore, the control circuit 5 of the projector 2 can calculate the inclination angle θ1 of the screen 1 and the projector 2 in the base line length k direction in the horizontal plane by performing the above equation. The control circuit 1 in FIG. 1 can give an instruction to correct the trapezoidal distortion of the image to the projection image generation unit 6 and / or the display drive unit 7 based on the magnitude of the inclination angle θ1. However, the inclination angle θ1 obtained from the above equation depends on the accuracy of the distance measurement results LR ′ and LL ′ to the measurement positions 1G and 1C. The present invention improves the accuracy and reliability of the distance measurement result so that accurate angle detection can be performed.
[0070]
In FIG. 8, the measurement distances are replaced with the lengths of the vertical lines LR ′ and LL ′ lowered in the base line length k direction from the measurement positions 1D and 1G, and the distances along the distance measurement directions D and G from the lens 31a. The length may be up to the measurement positions 1D and 1G. This case will be described with reference to FIG.
[0071]
If high accuracy is required for angle detection, each distance measurement calculation area 31c3 and 31c7 used for angle detection is replaced by the distance L between the reference values c (38) and g (90). The distance of the position of the center of gravity of the contrast in the distance calculation areas 31c3 and 31c7 may be used.
[0072]
With reference to FIG. 12, distance measurement using the position of the center of gravity of contrast by the center of gravity of calculation 32h of FIG. 3 will be described. As is well known, passive distance measurement includes an operation of detecting a location having the highest matching degree when a pair of images formed on two line sensors are superimposed. This is to detect whether or not the contrast states of the images match.
[0073]
Accordingly, in the passive type distance measurement, as shown in FIG. 12, if the designed distance measurement direction of one distance measurement calculation area 31cn is the direction of the arrow J, an image is formed on the distance measurement calculation area 31cn. If the image to be measured is an image in which the contrast position 1K exists only in the arrow K direction, the actual distance measurement direction is shifted from the arrow J direction to the arrow K direction. If the distance measurement target image formed on the distance measurement calculation area 31cn is an image in which the contrast position 1M exists only in the arrow M direction, the actual distance measurement direction is shifted from the arrow J direction in the arrow M direction. . Further, when the image of the distance measurement target formed on the distance measurement calculation area 31cn is an image in which the contrast positions 1K and 1M exist in the arrow K direction and the arrow M direction, the actual distance measurement direction is from the arrow J direction. The image is shifted to the position of the center of gravity of the contrast of the image formed on the measurement calculation area 31cn.
[0074]
Therefore, by using the distance of the position of the center of gravity of the contrast in each distance measurement calculation area as a value corresponding to the distance between the two distance measurement calculation areas used for angle detection, a highly accurate distance L can be used. The angle detection accuracy is improved. The method of obtaining the position of the center of gravity of the contrast is described in Patent Document 4 and is well known.
[0075]
[Patent Document 4]
JP-A-8-79585
For reference, Equation 1 for obtaining the position of the center of gravity of the contrast in the present embodiment is shown below.
[0076]
(Equation 1)
Figure 2004177385
Here, L (): sensor data on the reference unit 31c side
Sa: light receiving element minimum No. on the reference portion 31c side.
Wn: number of light receiving elements in the subgroup
t: integer (generally 1 to 4)
In order to cancel the influence of noise, when the absolute value of the difference is equal to or less than a predetermined value (noise cancellation level), the difference is not added to the sum.
The light receiving elements (pixels) arranged in one line of the line sensor 31c have a series of serial numbers (pixel numbers).
[0077]
Next, with reference to FIG. 13, a method of calculating the inclination angle θ1 using the passive line distance measuring device 3 according to another method will be described. As shown in FIG. 13, the inclination angle of the screen 1 with respect to the base line length direction (horizontal direction of the projector 2) of the line type passive distance measuring device 3 is set to θ1, and the distance measurement of the line sensor 31c is performed by the method described with reference to FIG. The distance to the screen 1 calculated by the distance measurement along the distance measurement direction of the area 31c7 is L1, and the distance to the screen 1 calculated by the distance measurement along the distance measurement direction of the distance measurement calculation area 31c3. Is L2. The angle formed by the distance measurement direction of the previously known distance measurement calculation area 31c3 and the direction perpendicular to the base line length direction is β, and the angle between the previously known distance measurement calculation area 31c7 and the base line length direction is the same. The angle formed by the vertical direction is γ. The inclination angle θ1 is calculated by the following equation.
[0078]
θ1 = arctan (L2cosβ−L1cosγ) / (L1sinγ + L2sinβ)
[0079]
Next, a description will be given with reference to FIG. In the case where the line sensor 31c is, for example, a line CCD having 104 pixel columns, the number of distance measurement directions in which the distance is measured by the passive line distance measuring device 3 according to the present embodiment is, for example, seven (in the case of having a 162 pixel column) For example, 11), and therefore, the distances to seven positions 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G on the screen 1 of the measurement object in the seven distance measurement directions are measured. The distances measured by the line-type distance measuring device 3 of the present embodiment, that is, the distance measurement results are measured at seven measurement positions 1A, 1B, 1C, and 1D along the base line length k direction (horizontal direction) on the screen 1 plane. , 1F, 1F, and 1G, respectively, are the lengths of perpendiculars lowered to a plane including the base length k (for example, lengths corresponding to LR ′ in FIG. 5 or LL ′, LR ′ in FIG. 8). On the basis of the distance measurement result measured by the passive line distance measuring device 3, the projector 2 calculates the inclination angle θ1 of the screen 1 by using the former one of the above two equations for obtaining θ1. I do.
[0080]
However, the passive line distance measuring device 3 uses the lengths of perpendiculars (for example, LR ′ in FIG. 5 or FIG. 5) drawn from the plurality of measurement positions 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, and 1G in the base line length k direction. 8 LL ', LR' distances), the distances to the seven positions 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F and 1G on the plane of the screen 1 to be measured are determined by various methods such as reliability judgment. Even if the correction is performed by such means to obtain an accurate measurement value, the contrast centroid positions 1, 2, 3, 4, 5, and 6 (7 are not shown) as shown in FIG. ) Is taken on the horizontal axis, and the measured distance (distance measurement result) is taken on the vertical axis, and is measured as the distance at the position of the dot.
[0081]
When the distance measurement result is the length of a perpendicular line lowered in the base line length k direction from the plurality of measurement positions 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F and 1G on the screen 1 plane (LR ′ in FIG. 5 or FIG. In the case of LL ′ and LR ′ of 8), the distance measurement should originally change linearly, but the actual distance measurement result does not change linearly as indicated by a circle in FIG. Such a deviation from the linear relationship is caused by a manufacturing error, noise at the time of measurement, or the like.
[0082]
A plurality of distance measurement results on the plane of the screen originally have a relationship that changes substantially linearly, and one inclination angle θ1 should be uniquely calculated from this linear change. However, actually, due to various causes such as noise and manufacturing errors, even if the measured distances are connected, they do not line up linearly, but line up as a line graph as shown in FIG. For this reason, it is difficult to uniquely calculate the accurate tilt angle θ1 of the screen 1 from a plurality of distance measurement results. In order to solve this problem, the present invention measures the distance to a plurality of linearly arranged positions on a planar object to be measured, using the above-described principle that the distance measurement result changes linearly. In this case, a representative value that minimizes an error due to distance measurement of each position is calculated and used.
[0083]
FIG. 16 illustrates distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7 used for measuring the distance in the line sensor 31c of the passive line distance measuring apparatus 3 illustrated in FIG. 6 for explaining the principle of the present invention. Shown schematically. Each of the calculation areas 31c1 to 31c7 in the line sensor 31c according to the present embodiment shares a half number of pixels with an adjacent calculation area. For example, the area 31c1 and the area 31c2 share half the number of pixels with each other, and the area 31c2 and the area 31c3 share half the number of pixels with each other. FIG. 16 is a schematic diagram showing the overlapping relationship of pixels between the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7 in the line sensor 31c of FIG. 6 used in the present embodiment as described above, with the overlapped portion arranged on the upper side. .
[0084]
When a plurality of linearly arranged positions on a plane such as the screen 1 are measured by the line sensor 31c having the distance measurement calculation regions 31c1 to 31c7 as shown in FIG. 16, the distance measured by the region 31c1, In the relationship between the distance measured by the region 31c2 and the distance measured by the region 31c3, the average value of the distances measured by the regions 31c1 and 31c3 is equal to the distance measured by the region 31c2. This is because the measurement target is a planar object, and the distance measurement results up to linearly arranged positions have a linear relationship. That is, the distance measurement results have a mutual relationship. This correlation results from the fact that the measurement object is a planar object. In general, the N-th ranging calculation area, the (N + 1) -th ranging calculation area, and the (N + 2) -th ranging calculation area of such a line sensor follow a straight line on a plane object such as the screen 1. When distances are measured at a plurality of positions, the average value S of the measured distances of the Nth region and the N + 2th region should be substantially equal to the measured distance T of the intermediate N + 1th region. According to the present invention, based on the above principle, the distance measurement result T of the intermediate distance measurement calculation area is determined as the average value S of the two adjacent distance measurement calculation areas from the distance measurement results of the plurality of adjacent distance measurement calculation areas. If the distance is equal to or more than the value (| T−S | ≧ determination value or | T / S−1 | ≧ determination value), it is determined that the distance measurement results in these distance measurement calculation areas are not reliable. Therefore, it is excluded from the subsequent arithmetic processing. The size of the determination value can be appropriately selected according to the purpose.
[0085]
The method for calculating the representative value according to the present invention is as follows.
(1) In the averaging process for the contrast centroid position of each area, the average of the centroid positions of the contrast distribution for the N, N + 1, and N + 2 areas is detected.
(2) The average of the distance measurement results for the N, N + 1, and N + 2 regions is detected by averaging the distance measurement results for the individual areas.
[0086]
As shown in FIG. 15B, the two averaging processes (1) and (2) are performed by dividing N, N + 1, and N + 2 in FIG. 15A (N = 1 to 4 in FIG. 15A). )) For each of the four small groups including each of the three distance calculation regions, the average value of the ranging results for each small group is on the vertical axis, and the average position of the center of gravity of the contrast distribution for each small group is on the horizontal axis. This produces the graph shown. When comparing FIG. 15A and FIG. 15B, as can be easily understood, the graphs based on the averaged values are almost aligned on a straight line. Therefore, if the inclination angle θ1 of the screen 1 is calculated from the inclination of a graph showing a linear relationship connecting the averaged values in FIG. 15B, a more accurate angle can be detected.
[0087]
For example, from the four averaged distance measurement results shown in FIG. 15 (b), using the distance measurement results of two adjacent pixels, the inclination angle θ1 is obtained from the above-described equation, and three angles are obtained. An inclination angle θ1 is obtained. Among the three inclination angles, an inclination angle having a median value of the middle value excluding the maximum value and the minimum value or an average value thereof can be set as the detected inclination angle θ1. In this way, a more accurate angle can be detected.
[0088]
When the projection optical system 8 of the projector 2 has an automatic focusing mechanism and automatically detects the distance to the screen 1 and automatically focuses an image projected on the screen 1, the projection optical system 8 includes the automatic focusing mechanism. 15b, a median value excluding the maximum value and the minimum value or an average value thereof can be selected from the average values of the distance measurement results shown in FIG. Alternatively, when the distance measurement result of the center distance calculation area 31c4 at the center of the line sensor 31c has a linear relationship with the distance measurement result of the adjacent distance measurement calculation area, it may be used. In this way, a more accurate distance can be detected.
[0089]
Next, the operation of the angle detector of the present invention will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0090]
First, FIG. 17 will be described with reference to FIG. When power is turned on to the projector 2 or when a regular angle detection operation is started during the operation of the projector 2, the control circuit 5 checks whether input image data is input from an external personal computer or the like (not shown). If there is input image data from the outside, the projection image generation unit 6 is caused to output display data corresponding to the image data, and the image is screen-screened via the display drive unit 7 and the projection optical system 8. Project to 1. If there is no input image data, the control circuit 5 outputs adjustment contrast image data (for example, appropriate image data including a logo mark or the like) stored in advance in the projector 2 to the projection image generation unit 6, The image is projected on the screen 1 via the display drive unit 7 and the projection optical system 8 (block 101).
[0091]
The above operation is an operation for detecting an angle using an image projected by the original image projection function of the projector 2, and thus the line-type passive distance measuring devices 3 and 4 perform the adjustment contrast. There is no need for a light projecting unit dedicated to projecting an image.
[0092]
Subsequently, the control circuit 5 operates the imaging units 31 and 41 of the line-type passive distance measuring devices 3 and 4 (102) to determine distances to a plurality of positions on the screen 1 in a horizontal plane and a vertical plane. By measuring, the inclination angles of the screen 1 with respect to the projector 2 in the horizontal plane and the vertical plane are detected. As described above, the angle detection operation start (101) can be performed at any time during the operation of the projector 2, not only when the power of the projector 2 is turned on. At this time, an arbitrary image projected on the screen 1 is used for distance measurement for angle detection. The imaging units 31 and 41 are operated to read data from the line sensor and perform A / D conversion (32a in FIG. 3) (103). A filter (32c in FIG. 3) processing for removing a DC component from the sensor data of the line sensor is performed (104), and thereafter, a correlation calculation (32d, 32d in FIG. 3) is performed for each of the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7. 32e), an interpolation operation (32f in FIG. 3), a contrast centroid operation (32h in FIG. 3), and a reliability determination (obtained in a maximum correlation degree detection unit 32e by a normal reliability determination unit 32i in FIG. 3). It is determined whether the degree of coincidence is equal to or greater than a predetermined value. If the reliability determination is successful, CONF_FLG1 = OK is set (105). If the data reliability judgment (CONF_FLG1 = OK) has not been passed in two or more distance measurement calculation areas (106), since the subsequent angle detection is impossible (111), the operation is terminated (112). ).
[0093]
If the data reliability is passed in two or more distance measurement calculation areas (106), the distance is calculated by the method described with reference to FIG. 5 (107). When calculating the distance, known correction such as correction by lens aberration or temperature correction is performed. Then, it is determined whether or not the data reliability judgment (CONF_FLG1 = OK) has been passed in three or more distance measurement calculation areas (108). If the data reliability (CONF_FLG1 = OK) in three or more distance measurement calculation areas does not pass (108), the averaging processing methods (1) and (2) of the present invention and the mutual reliability determination are not performed. Since it cannot be used, the angle calculation is performed using the former of the above two formulas for obtaining the conventional tilt angle θ1 (110), and the process ends (112). The angle calculation is performed by the angle calculation unit 53 in FIG.
[0094]
If the data reliability judgment (CONF_FLG1 = OK) in three or more distance calculation regions has passed (108), the averaging processing methods (1) and (2) of the present invention by the subroutine processing in FIG. ) And the mutual reliability determination are applied (109). In order to obtain the inclination angle θ1 using the distance measurement result obtained after applying the averaging processing methods (1) and (2) of the present invention executed in the subroutine processing of FIG. 18 and the mutual reliability determination (109), The angle calculation is performed using the former of the above two equations (110), and the process ends (112).
[0095]
In this way, the detected inclination angle θ1 is supplied from the control unit 5 to the display drive unit 7 or the projection image generation unit 6 to correct the trapezoidal distortion of the image on the screen 1 and to perform the above-described electrical operation. Or an optical correction operation.
[0096]
FIG. 18 is a flowchart showing a subroutine for performing mutual reliability determination with the averaging processing methods (1) and (2) of the present invention executed in block 109 in FIG. These subroutines are executed in the mutual reliability determination unit 51 and the average value calculation unit 52 shown in FIG.
[0097]
Upon entering block 109 in FIG. 17, the subroutine ranging result processing in FIG. 18 is started (block 201), and N = 1 is set (202). Then, it is checked whether or not all data reliability (CONF_FLG1 = OK) of the distance measurement calculation areas of N, N + 1, and N + 2 have passed (203). If the data reliability (CONF_FLG1 = OK) of the three consecutive ranging operation areas does not pass, 1 is added to N (210), and N after addition is the final value (in the present embodiment, , 7) minus 1 (211), the process returns to block 110 in FIG. If N after addition is not a value obtained by subtracting 1 from the final value (211), the process returns to block 203. If the data reliability (CONF_FLG1 = OK) of three consecutive distance measurement calculation areas has passed (203), the average value S of the distance measurement results of the area N and the area N + 2 is obtained (204). ). Then, the distance measurement result of the area N + 1 is set as T (205), and the absolute value U of the difference between S and T is determined (206).
[0098]
If the absolute value U of the difference is equal to or greater than the predetermined determination value (207), it is determined that the measurement data of the three adjacent areas is not reliable, and the flow proceeds to block 210. If the absolute value U of the difference is less than the predetermined determination value, it is determined that the reliability of the measurement data of the three adjacent areas is reliable (207), and the averaging method (2) of the present invention is applied. Then, an average value of the distance measurement results obtained by the adjacent distance measurement calculation areas is obtained and stored. That is, (total of the distance measurement results of N, N + 1, N + 2) / 3 = Distance (N) is obtained and stored, and used for the angle calculation in block 110 in FIG.
[0099]
Next, the averaging method (1) of the present invention is applied, and the average value of the contrast distribution centroids in the adjacent distance measurement calculation areas is obtained and stored. That is, (N, N + 1, N + 2 total contrast centroid results) / 3 = Balance (N) is obtained and stored, and is similarly used for the angle calculation in block 110 of FIG. Thereafter, the process proceeds to block 210, where 1 is added to N. If N is equal to the number obtained by subtracting 1 from the final value (211), the process returns to the flowchart of FIG. 17 (212), and the average value obtained in the averaging processes (1) and (2), Distance (N) And Balance (N), the angle calculation of the inclination angle θ1 is performed using the above-described equation (110). When there are a plurality of inclination angles θ1 calculated in this way, the median value excluding the maximum value and the minimum value or the average value thereof is defined as the inclination angle θ1. In this way, highly accurate angle detection can be performed.
[0100]
As shown in the flowchart of FIG. 18, the angle detection apparatus of the present invention measures the distance between three linearly adjacent positions on a planar object to be measured using a line sensor. Since the distance measurement result at the intermediate position should be almost equal to the average value of the distance measurement results at both ends, if the distance measurement result at the intermediate position is separated from the average value of the distance measurement results at both ends by a predetermined value or more, If so, it is determined that there is no linearity in the distance measurement result and the reliability of the distance measurement result is unreliable, and is not used in subsequent processing. If the distance measurement result at the intermediate position is less than the average value and the predetermined value of the distance measurement results at both ends, it is determined that the distance measurement result has linearity and reliability, and is used for the subsequent processing.
[0101]
The angle detection device of the present invention creates a plurality of small groups consisting of three adjacent positions from the results of measuring the distances of a plurality of linearly arranged positions on a planar object to be measured using a line sensor. Then, the average value of the distance measurement result and the average value of the center of gravity position of the contrast distribution are obtained for each small group. Then, an angle calculation is performed based on these average values to detect a relative inclination angle of the planar object to be measured.
In the above description of the embodiment of the present invention, the angle detection of the inclination angle θ1 between the screen 1 in the horizontal plane and the base line length k direction by the line type distance measuring device 3 having the base line length k in the horizontal direction has been described. The same applies to the detection of the inclination angle between the screen 1 in the vertical plane and the direction of the base line length k '(not shown) by the line type distance measuring device 4 having the base line length k' (not shown) in the vertical direction. Will be easy to understand.
[0102]
In the embodiment of the present invention described above, a line-type passive distance measuring device is used as a distance measuring unit for measuring a distance, but a line-type passive distance measuring device may be used as long as it is a line-type passive distance measuring device. Further, the optical type need not be used. For example, a distance measuring device that outputs an ultrasonic wave, measures the time until the reflection is detected, and measures the distance based on the time may be used. In the above-described embodiment, a pair of line-type distance measuring devices in the horizontal direction and the vertical direction is used. However, it is not necessary to arrange them in an orthogonal relationship, and only one line-type distance measuring device may be used. Further, although the screen plane is used as the measurement target, the angle detection device of the present invention can be applied to any measurement object of any planar object, not limited to the screen. For example, the planar object to be measured may be a workpiece processed by a machine tool. In order to directly face the processing tool with respect to these workpieces, a relative relationship between the workpiece and the processing tool is required. The angle detector of the present invention can also be applied to detect an inclination angle.
[0103]
Furthermore, the averaging processes (1) and (2) according to the above-described embodiment of the present invention and the average value of the two ranging operation regions for mutual reliability determination are compared with the value of the intermediate ranging operation region. The measurement distances used in the methods, that is, the distance measurement results are the lengths of the perpendiculars dropped in the base line length k direction from the plurality of measurement positions 1A to 1G of the planar object 1 to be measured along the base line length k direction. (For example, LR ′ in FIG. 5 or LL ′, LR ′ in FIG. 8), but distances from the lens 31a to the plurality of measurement positions 1A to 1G along the distance measurement directions A to G (for example, FIG. The principle of the present invention can be applied by using LR or L1 and L2) in FIG. The latter plurality of distance measurement results have a trigonometric relationship rather than the former linear relationship. Therefore, reliability judgment and averaging processing will be performed using a trigonometric function.
In FIG. 18, when it is determined Yes in step 203, steps 204 to 207 may be omitted and the process may directly proceed to step 208. In this case, the processing time can be reduced by omitting steps 204 to 207.
[0104]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when measuring the distance to a plurality of linearly arranged positions on a planar object to be measured by the line type distance measuring device, several adjacent positions on the measurement object are measured. If the representative value of the distance measured for each small group consisting of is calculated, even if the distance measurement to one position on the planar object to be measured cannot be correctly performed due to noise or a manufacturing error, the influence can be reduced. Can be reduced. Further, even when the distance measurement of at least one position is not performed normally, the influence can be reduced. Further, by providing one line-type distance measuring device, it is possible to measure distances to a plurality of different positions on a planar object to be measured. Accordingly, there is no need to increase the number of distance measurement devices, and the configuration of the angle detection device can be simplified.
[0105]
According to the present invention described in claim 2, by calculating the representative value of the measured distance from the average value of the measured distance, the distance measurement to the position on the planar object of the measurement target, noise or the like or Even if it cannot be correctly performed due to a manufacturing error, the influence can be reduced.
[0106]
According to the third aspect of the present invention, a representative center-of-gravity position value of a Contourt distribution is obtained in a plurality of distance measurement calculation areas of a line sensor corresponding to each small group, and the obtained contrast distribution is obtained. Using the representative value of the center-of-gravity position and the representative value of the measured distance, the inclination angle of the measurement target is obtained. As a result, a highly accurate angle detection device can be achieved.
[0107]
According to the present invention as defined in claim 4, the correlation of the distance measurement results for each small group including several measurement positions spatially adjacent along a straight line on the planar object to be measured. The distance measurement result determined to be unreliable is excluded from the subsequent angle detection processing, and the distance measurement result determined to be reliable is used in the subsequent angle detection processing. As a result, a highly accurate angle detection device can be achieved.
[0108]
According to the fifth aspect of the present invention, when the distance measuring unit measures distances to a plurality of different positions on a straight line extending on a planar object to be measured, for example, the measured distance is linear. By calculating the representative value of the distance measured for each small group consisting of several adjacent positions on the measurement target based on the principle of changing to one position on the planar object to be measured. Even if the distance measurement cannot be performed correctly due to noise or the like or a manufacturing error, the influence can be reduced. Therefore, since the distance measurement is accurate, a highly accurate angle detection device based on the accurate distance measurement can be achieved.
[0109]
According to the sixth aspect of the present invention, since the object to be measured is the screen on which the image is projected, it can be used to detect the inclination angle of the screen and correct the trapezoidal distortion of the image on the screen.
[0110]
According to the present invention, trapezoidal distortion of an image caused by a relative tilt angle between a projector and a screen can be automatically and accurately corrected with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a projector having an angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of the projector shown in FIG.
FIG. 3 is a functional block diagram of an angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a distance measuring operation of the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is another diagram illustrating a distance measuring operation of the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram schematically showing a pair of line sensors of the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is another diagram illustrating distance measurement at a plurality of positions by the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an angle detection method by a distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is another diagram for explaining a method of obtaining the position of the center of gravity of the contrast of the ranging operation area of the ranging device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is another diagram for explaining an angle detection method based on the distance measurement results of a plurality of positions by the distance measurement device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 15A shows a result of distance measurement of a plurality of positions by a distance measuring device included in an angle detector according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a graph illustrating a state, in which a vertical axis indicates a measurement distance and a horizontal axis indicates a position on a line sensor.
FIG. 16 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a distance measurement calculation area of a line sensor of a distance measurement device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a flowchart showing an operation of an averaging process of the angle detector according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 screen
1A-1G measurement position
2 Projector
3 Distance measuring device
4 Distance measuring device
5 Control circuit
31 Imaging unit
31a lens
31b lens
31c line sensor
31d line sensor
31c1 to 31c7 Distance measurement calculation area
32 arithmetic unit
51 Mutual reliability judgment unit
52 Average value calculation unit
53 Angle calculator
k Baseline length
θ1 Inclination angle of screen 1 with base line length k in horizontal plane

Claims (7)

同一平面上に基線長だけ離間して配置された一対のレンズと、該一対のレンズから所定距離だけ離間して上記基線長方向に延びるように配置されて上記一対のレンズを介して距離測定対象である平面的物体がその上に結像される複数の検出器の列からなるラインセンサと、該ラインセンサからの出力に基づいて上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上において複数の異なる測距方向上にある上記測定対象上の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ演算する演算部とを備えたライン型測距装置を有し、
上記複数の位置の内から、空間的に互いに隣接したいくつかの上記位置を含む複数の小グループを形成し、各小グループ毎に上記演算部が演算した距離の代表値を算出する代表値算出手段と、
上記代表値に基づいて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記平面的物体の上記同一平面に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段とを含むことを特徴とする角度検出装置。A pair of lenses disposed on the same plane and separated by a base line length, and a distance measurement target disposed on the same plane and separated from the pair of lenses by a predetermined distance and extending in the base line length direction and via the pair of lenses. A line sensor consisting of a plurality of detector rows on which a planar object is imaged, and a plurality of different measurements on a plane including the base line length and the line sensor based on the output from the line sensor. A line-type distance measuring device including a calculation unit for calculating distances to a plurality of different positions on the measurement target in the distance direction,
A representative value calculation for forming a plurality of small groups including some of the positions spatially adjacent to each other from among the plurality of positions and calculating a representative value of the distance calculated by the calculation unit for each small group. Means,
An angle detection device, comprising: inclination angle calculation means for calculating an inclination angle of the planar object with respect to the same plane on a plane including the base line length and the line sensor based on the representative value. 上記代表値算出手段の算出する上記代表値が、上記小グループ内の測定距離の平均値であることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。The angle detection device according to claim 1, wherein the representative value calculated by the representative value calculation means is an average value of measured distances in the small group. 上記ラインセンサが、上記一対のレンズの各々により生成される上記測定対象の一対の像の一方が結像される第１受光領域と、上記一対の像の他方が結像される第２受光領域とを有し、
上記第１受光領域が、上記複数の異なる測距方向のそれぞれに対応するように設定された複数の測距演算領域を有し、
上記演算部は、上記第１受光領域内の上記測距演算領域からの出力及び上記第２受光領域中からの出力に基づいて、上記複数の測距方向にある上記複数の位置までの距離をそれぞれ測距演算して求め、
上記代表値算出部は、さらに、上記複数の測距演算領域のそれぞれのコントラスト重心位置をそれぞれ算出し、上記各小グループに対応した上記複数の測距演算領域内のコントラスト分布の重心位置代表値を求め、
上記傾斜角度算出部は、上記代表値算出部で算出された距離の代表値及び上記コントラスト分布の重心位置代表値に基づいて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記測定対象の平面的物体の上記同一平面に対する傾斜角度を算出することを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の角度検出装置。A first light receiving area where the line sensor forms one of the pair of images of the measurement object generated by each of the pair of lenses, and a second light receiving area where the other of the pair of images is formed And having
The first light receiving area has a plurality of distance measurement calculation areas set so as to correspond to each of the plurality of different distance measurement directions,
The calculation unit calculates a distance to the plurality of positions in the plurality of distance measurement directions based on an output from the distance measurement calculation area in the first light reception area and an output from the second light reception area. Each distance is calculated and calculated,
The representative value calculation unit further calculates a contrast centroid position of each of the plurality of distance measurement calculation regions, and calculates a centroid position representative value of a contrast distribution in the plurality of distance measurement calculation regions corresponding to each of the small groups. ,
The inclination angle calculation unit, based on the representative value of the distance and the representative value of the center of gravity of the contrast distribution calculated by the representative value calculation unit, on the plane including the base line length and the line sensor, the measurement target The angle detection device according to claim 1, further comprising calculating an inclination angle of the planar object with respect to the same plane. 上記演算部が上記測定対象上の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ測距演算した測距結果について、上記各小グループ内において、上記複数の異なる位置の相互関係に基づいて当該測距演算の測距結果の信頼性の有無を判断する判定部をさらに有し、
上記代表値算出部は、上記判定部で信頼性有りと判定された上記小グループの測距結果から、距離測定の代表値を算出することを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の角度検出装置。For the distance measurement results obtained by the arithmetic unit performing distance measurement on the distances to the plurality of different positions on the measurement object, within each of the small groups, the distance measurement calculation is performed based on the correlation between the plurality of different positions. Further comprising a determination unit for determining whether or not the reliability of the distance measurement result is present,
4. The method according to claim 1, wherein the representative value calculation unit includes calculating a representative value of distance measurement from a distance measurement result of the small group determined to be reliable by the determination unit. 5. An angle detection device according to any one of the above. 測定対象である平面的物体上に延びたある直線上に並んだ複数の測定位置までの距離を求める測距部と、
上記複数の測定位置を空間的に互いに隣接する複数の小グループに分けて、各小グループ内において上記測距部による測距結果である距離の代表値を求める代表値算出部と、
上記距離の代表値に基づいて、上記測距部と上記測定対象との傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、
を含むことを特徴とする角度検出装置。A distance measuring unit for determining a distance to a plurality of measurement positions arranged on a straight line extending on a planar object to be measured,
A representative value calculation unit that divides the plurality of measurement positions into a plurality of small groups spatially adjacent to each other and calculates a representative value of a distance that is a distance measurement result by the distance measurement unit in each small group;
Based on the representative value of the distance, an inclination angle calculation unit that calculates an inclination angle between the distance measurement unit and the measurement target,
An angle detection device comprising: 上記測定対象が、画像が投影されるスクリーンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の角度検出装置。The angle detection device according to claim 1, wherein the measurement target is a screen on which an image is projected. 画像をスクリーンに投影するプロジェクタであって、請求項６に記載の角度検出装置と、上記角度検出装置が算出した傾斜角度に基づいて上記スクリーン上の上記画像の歪みを補正する画像歪み補正部とを含むことを特徴とするプロジェクタ。A projector for projecting an image on a screen, comprising: an angle detection device according to claim 6; and an image distortion correction unit configured to correct distortion of the image on the screen based on the inclination angle calculated by the angle detection device. A projector comprising:
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