JP2004191221A - 角度検出装置及びそれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に垂直に当らないとスクリーン上の画像に台形歪みが発生する。この台形歪みを補正するためにスクリーンとの間の相対的な傾斜角度を自動的に正確に検出する角度検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の角度検出装置は、基線長だけ離間した一対のレンズ（３１ａ、３１ｂ）、一対のレンズから離間して基線長方向に延びるラインセンサ（３１ｃ、３１ｄ）、ラインセンサからの出力に基づいて平面的な測定対象上に直線的に並んだ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（３２）を備えたライン型測距装置（３）と、演算部が演算した距離の少なくとも２つの演算結果を用いこれらの演算結果の相関関係を表わす直線の近似を行ない、近似された直線の傾きを求めてこの傾きに基づき測定対象の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部（５３）とを含む。
【選択図】 図１５（ｂ）

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、一対のレンズから所定距離だけ離間して基線長方向に延びるように配置されて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、ラインセンサからの出力に基づいて基線長及び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と、演算部が演算した距離の少なくとも２つの演算結果を用いて、これらの演算結果の相関関係を表わす直線の近似を行ない、近似された直線の傾きを求め、この傾きに基づいて、基線長及びラインセンサを含む平面上で、平面的物体の同一平面に対する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。
【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し、複数の測定された距離の相関関係を表わす直線を近似して求める。この求められた直線の傾きから測定対象の平面上物体の傾斜角度を算出する。測距結果の相関関係を表わす直線を近似して角度を求めることにより、測定対象の平面的物体上の複数位置までの距離測定の内のいくつかが、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して一義的に傾斜角度を決定することができる。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、演算部が距離として、複数の異なる測距方向上にある測定対象上の複数の異なる位置から基線を延長した第１の直線上にそれぞれ下ろした複数の垂線の長さを演算し、傾斜角度算出部が、複数の異なる位置に対応する第１の直線上の複数の座標位置をそれぞれ決定する座標位置算出部をさらに有し、決定された座標位置とそれに対応した演算された距離の一対から定められる位置の複数の間の相関関係を表わす直線を近似し、その直線の傾きから傾斜角度を算出す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、複数の位置から基線を延長した直線までの距離及び複数の位置に対応する当該直線上の座標位置を求め、これら距離及びそれに対応する座標位置の一対から複数の位置を求めて、求められた複数の位置間の相関関係を表わす直線を近似して、その直線の傾きから測定対象の傾斜角度を求めることにより、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２の記載において、相関関係を表わす直線の近似は、最小二乗法による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、最小二乗法によって相関関係を表わす直線を近似して、その傾きから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、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、一対のレンズから所定距離だけ離間して基線長方向に延びるように配置されて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、ラインセンサからの出力に基づいて基線長及び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と、演算された距離から測定対象上の複数の異なる位置のいくつかを含む複数の小グループの位置の代表値をそれぞれ求める代表値算出部と、代表値算出部から求められた複数の代表値を用いて、これらの代表値の相関関係を表わす直線の近似を行ない、近似された直線の傾きを求め、この傾きに基づいて、基線長及びラインセンサを含む平面上で、平面的物体の同一平面に対する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。
【００１６】
本発明のかかる構成によれば、測定対象上の互いに隣接したいくつかの位置を含む小グループに分けて、小グループ毎に複数の測距結果から信頼性の高い代表値をそれぞれ求めて、この複数の代表値の間の相関関係を表わす直線を近似し、その直線の傾きから傾斜角度を算出する。このように、個別の測距結果のバラツキをできるだけ少なくした信頼性の高い測距結果の代表値を使用するため、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、請求項４に記載の角度検出装置において、演算部が距離として、複数の異なる測距方向上にある測定対象上の複数の異なる位置から、基線長を延長した第１の直線上にそれぞれ下ろした複数の垂線の長さを演算し、代表値算出部が演算された距離から、測定対象上の複数の異なる位置のいくつかを含む複数の小グループの位置の代表値までの距離をそれぞれ求め、傾斜角度算出部が位置の代表値に対応する第１の直線上の座標位置を決定する座標位置算出部をさらに有し、決定された座標位置とそれに対応した位置の代表値までの距離の一対から定められる代表値の複数の間の相関関係を表わす直線を近似して、その直線の傾きから傾斜角度を算出する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、距離として基線を延長した第１の直線上に複数の位置から下ろした垂線の長さとし、測定され距離の結果を小グループに分けて、小グループ毎に、測距結果の信頼性が高い代表値とその代表値に対応した第１の直線上の座標位置を求め、代表値と座標位置の一対から決まる代表値の相関関係を表わす直線を近似している。信頼性の高い代表値を用いる結果、測定対象の平面的物体上の１つの位置までの測距結果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て、測距結果のバラツキが少なくなるため、相関関係を表わす直線を精度の高く求めることができ、この結果、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５の角度検出装置に記載において、相関関係を表わす直線の近似は、最小二乗法によ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、最小二乗法によって相関関係を表わす直線を近似して、その傾きから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。
【００２１】
請求項７に記載の本発明によれば、請求項４項乃至６項のいずれかに記載の角度検出装置において、代表値算出部は、測定対象上の複数の異なる位置の内から、互いに隣接した所定数の上記位置を含む小グループを、この小グループに含まれる上記位置を一つずつずらして複数個作り、小グループ毎の位置の代表値までの距離を、各小グループに含まれる上記位置までの距離から求めることを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００２２】
本発明のかかる構成によれば、小グループを測定対象上の複数の異なる位置の内から、互いに隣接した所定数の上記位置を含む小グループを、この小グループに含まれる上記位置を一つずつずらして複数個作り、小グループ毎に代表値算出部が測距結果から信頼性の高い代表値を算出して、傾斜角度の算出に使用するため、製造誤差や雑音等に起因した各測距結果のバラツキが少なくなり、さらに、求められれた信頼性の比較的高い代表値の数も多くできるので、これらの相関関係を表わす直線の近似を正確に行なうことができ、この直線の傾きを検出することにより精度の高い角度検出装置を達成できる。
【００２３】
請求項８に記載の本発明によれば、平面状物体の測定対象上の実質的に直線的に並んだ互いに異なる複数の測定地点までの距離を測定する測定距離装置と、少なくとも２つの測定された距離の間の相関関係を表わす直線を近似をし、近似された直線の傾きを求め、この傾きに基づいて、測定対象の測定距離装置に対する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。
【００２４】
本発明のかかる構成によれば、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し、測定された距離の相関関係を表わす直線を近似して求める。この求められた直線の傾きから測定対象の平面上物体の傾斜角度を算出する。測距結果の相関関係を表わす直線を近似して求めることにより、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。このため、精度の高い角度検出装置を達成できる。
【００２５】
請求項９に記載の本発明によれば、平面状物体の測定対象上の実質的に直線的に並んだ互いに異なる複数の測定地点までの距離を測定する測定距離装置と、複数の測定された距離に基づいて少なくとも２つの代表測距値を求める代表距離値決定部と、少なくとも２つの代表測距値の間の相関関係を表わす直線を近似し、近似された直線の傾きを求め、この傾きに基づいて、測定対象の測定距離装置に対する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。
【００２６】
本発明のかかる構成によれば、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し、複数の測定された距離から少なくとも２つの代表値を求め、この少なくとも２つの代表値の相関関係を表わす直線を近似して求める。この求められた直線の傾きから測定対象の平面上物体の傾斜角度を算出する。測距結果の代表値の相関関係を表わす直線を近似して求めることにより、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。このため、精度の高い角度検出装置を達成できる。
【００２７】
請求項１０に記載の本発明によれば、請求項１乃至９のいずれかに記載の角度検出装置において、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。
【００２８】
本発明のかかる構成によれば、スクリーンの台形歪みを補正するためのスクリーンの傾斜角度を検出することができる。
【００２９】
請求項１１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１０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。
【００３０】
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。
【００３１】
請求項１２に記載の本発明によれば、請求項１１に記載のプロジェクタにおいて、測距装置の出力に基づいてスクリーン上の画像の合焦を制御する合焦制御部をさらに有するプロジェクタが提供される。
本発明のかかる構成によれば、スクリーン上の画像を自動的に合焦できるプロジェクタを達成できる。
【００３２】
【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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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６８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で構成することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
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３１ｂの下には、これらのレンズ３１ａ及び３１ｂ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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に変える。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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【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
【００４８】
この演算部３２は、さらに平均化部３２ｊを備えている。この平均化部３２ｊは信頼性判定部３２ｉに接続されていて、ラインセンサ３１ｃの各測距領域（例えば、１１個の測距領域の各々）について複数回測定した結果から、信頼性判定部３２ｉが信頼性有りと判定した測定結果を平均して、この平均値を制御回路５に出力する。また、この平均化部３２ｊはコントラスト重心演算部３２ｈにも接続されていて、コントラスト重心演算部３２ｈがラインセンサ３１ｃの各測距領域（例えば、１１個の測距領域の各々）について複数回の測定した結果のコントラスト重心位置を平均して、この平均値を制御回路５に出力する。このように、平均化部３２ｊは、ラインセンサ３１ｃの各測距領域（例えば、１１個の測距領域の各々）について、複数回の測距結果及びコントラスト重心位置演算結果を記憶しておき、それらの平均値を演算して制御回路５に出力する。
【００４９】
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を有する。制御回路５は、後で詳細に説明するように、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、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に最小二乗法を使用した相関演算を行なって複数測距結果間の相関関係を表わす直線を求める近似計算を行ない、この求められた直線の角度から測定対象のスクリーン１の傾斜角度を求める角度演算部５３を含む。角度演算部５３はまた、後で詳細に説明するように、相関関係を表わす直線の角度を求めるために、測定対象のスクリーン１の測定位置から基線を延長した第１直線上に垂線を下ろした交点の位置座標を求める演算も行なう。このようにして角度演算部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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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）。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、１６２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。１６２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て、一定の画素ピッチ間隔で配列されている。これらの光検出器セル（画素）は、隣接する２７個単位のグループにより１１の測距演算領域を３１ｃ１（１〜２７）、３１ｃ２（１４〜４０）、３１ｃ３（２８〜５４）、３１ｃ４（４１〜６７）、３１ｃ５（５５〜８１）、３１ｃ６（６８〜９４）、３１ｃ７（８２〜１０８）、３１ｃ７（８２〜１０８）、３１ｃ８（９５〜１２１）、３１ｃ９（１０９〜１３５）、３１ｃ１０（１２２〜１４８）、及び３１ｃ１１（１３６〜１６２）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３１ｃ１１は、その２７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３１ｃ１１は両隣の測距演算領域と互いにほぼ半分ずつ重複している。
【００７０】
各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１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（１４）、ｂ（２８）、ｃ（４１）、ｄ（５５）、ｅ（６８）、ｆ（８２）、ｇ（９５）、ｈ（１０９）、ｉ（１２２）、ｊ（１３６）、及びｋ（１４８）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１１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’、ｇ’、ｈ’、ｉ’、ｊ’、及びｋ’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。
【００７１】
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、１１に限る必要はなく、適宜、適当な数、例えば７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。
【００７２】
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’（図示しない）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１１の測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１を使用して、１１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１１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。
【００７３】
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。
【００７４】
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参考方法を説明する。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、１１の測距方向にあるスクリーン１上の１１個の測定位置までの距離が測定される。
【００７５】
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。
【００７６】
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（４１）及びｇ（９５）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。
【００７７】
基線長ｋに平行で且つ測定位置１Ｇを通る直線ｋ１上に測定位置１Ｃから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（４１）及びｇ（９５）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。
【００７８】
従って、プロジェクタ２の制御部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５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。
【００７９】
図８において、測定距離を、各測定位置１Ｃ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Ｃ及びＧに沿った各測定位置１Ｃ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。
【００８０】
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（４１）及びｇ（９５）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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
【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。
【００８５】
【数１】

ここで、Ｌ（ ）：基準部側センサデータ
Ｓａ ：基準側スタートアドレス
Ｗｎ ：演算ウインドウ数
ｔ ：整数（一般的には１〜４）
ノイズの影響を除去するには、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。
【００８６】
次ぎに図１３を参照して、別の参考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。
【００８７】
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ２ｃｏｓβ−Ｌ１ｃｏｓγ）／（Ｌ１ｓｉｎγ＋Ｌ２ｓｉｎβ）
【００８８】
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１６２画素列を有する場合は図６に示すように例えば１１であるが（１０４画素列を有するラインＣＣＤの場合は例えば７つである）、この図１４では簡潔にするため７つの測距方向のみを例示的に示す。図１４には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から基線長ｋを延長した直線に下ろした垂線の長さが距離として測定される。このように、本発明では、測距結果は、基線長ｋ方向（水平方向）に沿ったスクリーン１平面上の例えば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を延長した直線上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、スクリーン１が水平（基線長ｋ）方向においてプロジェクタ２の主面に対してなす、スクリーン１の傾斜角度θ１を算出する。
【００８９】
しかしながら、パッシブ型ライン測距装置３により、複数の測定位置から基線長ｋを延長した直線上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）を測定すると、測距結果は、図３の信頼性判定部３２ｉによる信頼性判定や図３の平均化部３２ｊ等の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）に示すように、コントラスト重心位置を横軸、測定された距離（測距結果）を縦軸に取って示した丸点の位置にある距離として測定される。なお、図１５（ａ）では説明を簡潔にするために、４つの測定位置１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇの測定結果のみを示す。
【００９０】
測距結果が、スクリーン１平面上の複数の測定位置から基線長ｋ方向に延長した直線上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。しかし、現実の測距結果は、図１５（ａ）の４つの丸点の測定結果、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ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。
【００９１】
図８又は図１３で説明した傾斜角度θ１を求める方法を使用する場合、傾斜角度θ１を計算するために必要な２つの測定位置を図１５（ａ）の４つの丸点１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇに示した測定値を使用する。例えば、１Ｇを基準点１としてその隣りの測定点１Ｆを用いると傾斜角度θ１’が得られ、１Ｆを基準点２としてその隣りの測定点１Ｅを用いると傾斜角度θ１”が得られ、そして１Ｅを基準点３としてその隣りの点１Ｄを用いると傾斜角度θ１”’が得られる。基準点ともう１つの測定点の選び方に依存して図８又は図１３て説明した傾斜角度の求め方では得られる傾斜角度が異なる可能性がある。このように異なる傾斜角度θ１’、θ１”、及びθ１”’から、スクリーン１の傾斜角度θ１を求めるためには、さらに、異なる傾斜角度θ１’、θ１”、及びθ１”’から最大値と最小値を除いた中間値又はその平均値を求める等の、さらなる処理を行なわなければならない。このように、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である。
【００９２】
本発明の傾斜角度θ１の求め方は、図８又は図１３で説明した求めた方とは異なる。本発明の求め方は、平面的な測定対象上に直線的に並んだ複数の測定位置の測定値の間には、一定の相関関係（分布）、すなわち、直線的に並ぶという相関関係（分布）があるから、この複数の測定値の相関関係（分布）を表わす直線を近似して求め、近似により求められた直線の傾きからスクリーン傾斜角度θ１を求める。
【００９３】
図１５（ｂ）に示すように、本発明では、スクリーン１平面上の直線的に並んだ複数の測定位置の測距結果の間の相関関係、すなわち、分布を表わす直線ｙ＝ａｘ＋ｂを近似により求める。ここで、ｘは基線長ｋを延長した直線上の座標位置を表し（すなわち、図１５（ｂ）の横軸）、ｙは基線長ｋからスクリーン１上の位置までの距離を表わし（すなわち、図１５（ｂ）の縦軸）、ａはこの直線ｙの傾きを表わす。この直線ｙの傾きａが求めるスクリーン１の傾斜角度θ１となる。すなわち、ａ＝θ１である。この直線ｙを、複数の測定位置の測定結果の分布、すなわち、相関関係から近似により求めるため、最小二乗法を使用する。
図１５（ｂ）に示すように、本実施の形態で使用する最小二乗法は、図１５（ａ）中の丸点の１Ｇ、１Ｆ、…、等に対応した各測定位置の測定結果を表わす点をＰ１、Ｐ２、…、Ｐｎとし、各点Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｎから基線長ｋを延長した直線に対応した図１５（ｂ）の横軸へ垂直方向に下ろした線と直線ｙ＝ａｘ−ｂとの交点をＱ１、Ｑ２、…、Ｑｎとした場合、各線分Ｐ１Ｑ１、Ｐ２Ｑ２、…、ＰｎＱｎの長さの二乗の総和Σが最小になるように、直線ｙ＝ａｘ＋ｂの傾きａとｂの値を求めるものである。
【００９４】
最小二乗法により、複数の測定結果の相関関係（分布）を表わす直線ｙ＝ａｘ＋ｂの傾きａを求める方法は周知である。
【００９５】
例えば、図１５（ｂ）上で複数ｎ個の測定位置の測定結果を表わす点Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｎのｘ、ｙ座標値をそれぞれ（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、…、（ｘｎ、ｙｎ）とする。
これら複数ｎ個の測定結果の点Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｎのｘ座標値の平均値をｘｍ＝（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）／ｎとし、ｙ座標値の平均値をｙｍ＝（ｙ１＋ｙ２＋…＋ｙｎ）／ｎとする。
これら複数ｎ個の測定結果の点Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｎのｘ座標値の分散はδ²ｘ＝［（ｘ１−ｘｍ）²＋（ｘ２−ｘｍ）²＋…＋（ｘｎ−ｘｍ）²］／ｎとなり、ｙ座標値の分散はδ²ｙ＝［（ｙ１−ｙｍ）²＋（ｙ２−ｙｍ）²＋…＋（ｙｎ−ｙｍ）²］／ｎとなり、共分散はδｘｙ＝［（ｘ１−ｘｍ）（ｙ１−ｙｍ）＋（ｘ２−ｘｍ）（ｙ１−ｙｍ）＋…＋（ｘｎ−ｘｍ）（ｙｎ−ｙｍ）］／ｎとなる。
相関係数はρｘｙ＝δｘｙ／δｘδｙとなる。
最小二乗法によると、複数ｎ個の測定結果の相関関係（分布）を表わす直線ｙ＝ａｘ＋ｂの傾きａは、ａ＝δｙρｘｙ／δｘの関係から求められる。一方、ｂは、ｂ＝ｙｍ−ｘｍδｙρｘｙ／δｘの関係から求められる。
スクリーン１の傾斜角度θ１は、傾きａから、θ１＝ｔａｎ^-1ａの関係から求められる。
【００９６】
複数ｎ個の測定値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。本発明はこの問題点を解決するため、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と、それらの測距結果が直線的に分布するという相関関係を用いて、個々の位置の距離測定による誤差が最小となる直線ｙ＝ａｘ＋ｂを最小二乗法を用いて算出して、その直線ｙの傾きａをスクリーン１の傾斜角度として使用する。
【００９７】
図１６に、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３１ｃ１１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３１ｃ１１は、隣りの演算領域と互いにほぼ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はほぼ半分の画素数を互いに共有し、領域３１ｃ２と領域３１ｃ３は互いにほぼ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３１ｃ１１間の画素の重複関係を示した模式図で示す。
【００９８】
図１６に示すような測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１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、測距結果同士は相関関係を有する。この相関関係は測定対象が平面的物体であることから起因する。
【００９９】
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。
【０１００】
さらに、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て互いに隣接した位置の距離を測定した場合の測定結果は、平均した方が個々の測定演算領域（エリア）の製造誤差や測定時の雑音の影響を少なくすることができる。すなわち、
（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。
【０１０１】
上記２つの平均化処理（１）及び（２）を、図１７（ａ）の測定結果の小グループＮ、Ｎ＋１、Ｎ＋２（Ｎ＝１〜４の自然数）についておこなう。図１７（ａ）で測定結果の小グループはそれぞれが３つの測距演算領域を含む４つの小グループとしているが、この小グループ内に含まれる互いに隣接した測距演算領域の数、及びそ小グループの数は、自由に選ぶことができる。
【０１０２】
図１７（ｂ）は、各小グループ（Ｎ＝１〜４）毎の測距結果の平均値を縦軸に、各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である。図１７（ａ）と図１７（ｂ）を比較してみれば、容易に理解されるように、３つの互い測距演算領域の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１７（ｂ）の平均化された値から上述したように最小二乗法を用いて算出すれば、より精度の高い角度を検出できる。
【０１０３】
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１７（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３１ｃ６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して、正確な自動焦点合わせができる。
【０１０４】
次ぎに、図１８乃至図２１を参照して、本発明の角度検出器の動作を説明する。
【０１０５】
まず、図１８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か、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（図１８、ブロック１０１）。
【０１０６】
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。
【０１０７】
続いて、制御回路５は、ＥＥＰＲＯＭ（メモリ部１０）中に測定回数ｉを初期値（例えば「１」）に設定し（１０２）、ライン型パッシブ測距装置３及び４の撮像部３１及び４１の距離測定機能と角度検出機能を動作させて（１０３）、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、後述するように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。
【０１０８】
次に、図１８に図３を合せて参照して測距動作および傾斜角度検出動作を説明すると、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（１０４）。ラインセンサの各測距演算領域（エリア）３１ｃＮ（Ｎ＝１、…、１１）のコントラスト重心がコントラスト重心演算部（図３の３２ｈ）で算出されて、各各測距演算領域（エリア）３１ｃＮ（Ｎ＝１、…、１１）のコントラスト重心の平均値が平均化部（図３の３２ｊ）で求められてＲＡＭ（メモリ手段１０）に記憶される（１０５）。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（１０６）、その後に、各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１に関して、相関演算（図３中の３２ｄ、３２ｅ）、補間演算（図３中の３２ｆ）、位相差検出演算（図３中の３２ｇ）、そして信頼性判定（図３中の通常の信頼性判定部３２ｉにより、最大相関検出部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（１０７）。もし、２つ以上の測距演算領域（エリア）でデータ信頼性判定（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）に合格していなければ、角度検出は不可能である。
【０１０９】
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、図５を参照して説明した方法により距離を算出する（１０８）。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（１０８）。そして、各測距演算領域（エリア）３１ｃＮ（Ｎ＝１、…、１１）の算出された測距結果をＲＡＭ（メモリ部１０）に記憶して、複数の測定回数ｉによる平均値（四捨五入で単位ｍｍで）を平均化部（図３の３２ｊ）で求める（１０９）。このようにして、各測距演算領域３１ｃＮ（Ｎ＝１、…、１１）毎に距離及びコントラスト重心位置の測定結果が、測定回数により平均化された値が平均化部（図３の３２ｊ）により求められて、ＲＡＭ（メモリ部１０）に記憶されていく。そして、ＥＥＰＲＯＭ（メモリ部１０）に記憶された測定回数ｉに到達するまで繰り返される。測定回数ｉに達すると、平均化部（図３の３２ｊ）により測定回数ｉで平均化された、各測距演算領域３１ｃＮ（Ｎ＝１、…、１１）の距離測定値とコントラスト重心測定値の相互信頼性（前後の測距演算領域の測定結果と大きく矛盾していないかの妥当性）の判定処理と平滑化（測定対象がスクリーン平面であるため前後の測距演算領域の測定結果と平均化してバラツキを少なくする）の処理を行なう（１１１）。この処理（１１１）は、図１９に詳細に説明されている。
【０１１０】
図１９を参照すると、図１８のブロック１１１の処理を詳しく説明するサブルーチン（２０１）が示されている。このサブルーチンは、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。このサブルーチンは各測距演算領域３１ｃＮ（Ｎ＝１、…、１１）の測定結果について処理を実施するため、Ｎ（但し、Ｎは０から９までの整数）に１を加える（２０２）。もし、３つの隣接した測距演算領域３１ｃＮ、３１ｃＮ＋１、３１ｃＮ＋２を含んだ小グループで、全ての測距演算領域のデータ信頼性判定（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）が合格していなければ、ブロック（２０２）に戻るが、全ての測距演算領域３１ｃＮ、３１ｃＮ＋１、３１ｃＮ＋２のデータ信頼性判定（ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫ）が合格していると、相互信頼性判定（ブロック２０４乃至２０７）及び平均化処理（ブロック２０８及び２０９）が適用される。
【０１１１】
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）、測距演算領域Ｎの測距結果と測距演算領域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の比Ｓ／Ｔと１の差の絶対値Ｕ＝｜Ｓ／Ｔ−１｜を求める（２０６）。
【０１１２】
もし、差の絶対値Ｕが所定の判定値Ｅｅｐｒｏｍ［ＤＡＴＡ］以上であれば（２０７）、この隣接する３つの測距演算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２０２に戻る。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つの測距演算領域の測定データの信頼性が有ると判定される（２０７）。そして、この隣接する３つの測距演算領域の測定データの平均化処理が適用され。すなわち、３つの互いに隣接する測距演算領域３１ｃＮ、３１ｃＮ＋１、３１ｃＮ＋２による測距結果の平均値が求められ、すなわち、（３つの測距演算領域Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２の測距結果合計）／３＝Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）が計算されてメモリ部１０に記憶される（２０８）。さらに、（３つの測距演算領域Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２のコントラスト重心結果合計）／３＝Ｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）が計算されてメモリ部１０に記憶される（２０９）。この結果が図１７（ｂ）に示されている。
【０１１３】
次に、ブロック２０９で得られたＢａｌａｎｃｅ（Ｎ）から、最小二乗法に必要な各測定点のｘ座標値を求める変換、Ｘｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）＝（Ｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）−８１）ｘ０．０１５ｘＤｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）／１３．２、が行なわれる（２１０）。ここで上記変換式中の数値、８１はｘ軸の原点（０）に相当する参照部ラインセンサ３１ｃの画素番号であり、０．０１５はラインセンサの画素ピッチ（ｍｍ）であり、１３．２は焦点距離ｆ（ｍｍ）である。
【０１１４】
図２０は、図１９のｘ軸変換の式、Ｘｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）＝（Ｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）−８１）ｘ０．０１５ｘＤｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）／１３．２、を説明する図である。仮に、Ｘｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）＝αの画素番号の検出器に結像されたスクリーン１上の測定位置のｘ軸座標値Ｘは、ラインセンサ３１ｃのｘ軸座標原点（０）に相当する画素番号８１からＸｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）＝αまでの長さが画素ピッチの０．０１５ｍｍを利用して、（α−８１）ｘ０．０１５で計算される。ここで、３つの測距演算領域の測距結果の代表値Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）＝ｄが焦点距離ｆ＝１３．２ｍｍと相似三角系の比となるとみなしてよいから、Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）／ｆ＝Ｘ／［（α−８１）ｘ０．０１５］の関係が成立する。この関係から、上記のｘ軸変換の式が導かれる。なお、最小二乗法に必要な各測定点のｙ座標値は、ブロック２０８で得られたＤｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）を使用する。
【０１１５】
図１９を再び参照する。もし、Ｎ＝９までに達していない場合（２１１）、ブロック２０２に戻る。Ｎ＝９に達した場合（２１１）、図１９のサブルーチンは終了して（２１２）、図１８のブロック１１２に進む。図１８のブロック１１２は、ブロック１１１により得られた複数の測定結果の相関関係（分布）を表わす直線ｙ＝ａｘ＋ｂを本発明の最小二乗法により近似して求めて、この直線の傾きａからスクリーン１の傾斜角度θ１を一義的に導き出す処理を行なう。
このブロック１１２の詳細は、図２１の角度演算サブルーチンのフローチャートに示されている。この角度演算は、図３の制御回路５の角度演算部５３で実行される。
【０１１６】
図２１を参照すると、図１９のブロック２０８で得られた３つの測定位置を含む小グループ毎の測距結果の平均である代表値Ｄｉｓｔａｎｃｅ（Ｎ）の平均が計算される（但し、ここではＮは１から９までの整数）（３０１）。そして、図１９のブロック２１０で得られた３つの測定位置を含む小グループ毎のコントラスト重心結果の平均である代表値をｘ軸変換したｘ軸座標値ｘＢａｌａｎｃｅ（Ｎ）の平均が計算される（但し、ここではＮは１から９までの整数）（３０２）。次に、ｘ座標値の分散δ²ｘを求め（３０３）、ｙ座標値の分散δ²ｙを求める（３０４）。そして、共分散δｘｙを求めて（３０５）、相関係数ρｘｙを求める（３０６）。そして、複数の測定結果の相関関係（分布）を表わす直線ｙ＝ａｘ＋ｂの傾きａを求める（３０７）。求められた傾きａからスクリーン１の傾斜角度θ１が一義的に求められる（３０８）。このように傾斜角度θ１が求められると、図１８に戻り、終了する（１１３）。
【０１１７】
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、複数の測定位置の結果の相関関係（分布）を表わす直線を最小二乗法により近似して、この直線の傾きからスクリーン１の傾斜角度を一義的に導きだしている。
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
さらに、上述した本発明の実施の形態による複数の測定点の相関関係（分布）を表わす直線を近似する方法として、最小二乗化法を説明したが、最小二乗化法に限らず、その他の近似方法を使用して複数の測定点の相関関係（分布）を表わす直線を近似してもよい。
また、図１８のステップ１１０でＹｅｓと判断した際、ステップ１１１を省略してステップ１１２へ進むようにしてもよい。この場合、処理の簡略化が図れる。
【０１２０】
【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、測定距離が直線的に変化するという関係に基づいて、測定値の相関関係（分布）を表わす直線を近似して、その近似直線から直接に測定対象の傾斜角度を求めている。このため、傾斜角度が一義的に算出できる。さらに、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。
【０１２１】
請求項２に記載された本発明によれば、直線的に並んだ複数の異なる測定位置を測定した結果の相関関係（分布）を表わす直線を近似して、その近似された直線の傾きから測定対象の傾斜角度を一義的に正確に求めることができる角度検出装置を達成できる。
【０１２２】
請求項３に記載された本発明によれば、複数の測定結果の相関関係（分布）を表わす直線を近似するために最小二乗化方法を使用して、比較的に簡単な計算で一義的に測定対象の傾斜角度を正確に求めることができる角度検出装置を達成できる。
【０１２３】
請求項４に記載された本発明によれば、複数の測定結果の小グループから測定値の代表値を求めてこの代表値を使用することにより、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。この結果、精度の高い角度検出装置が達成できる。
【０１２４】
請求項５に記載された本発明によれば、直線的に並んだ複数の異なる測定位置を測定した結果の相関関係（分布）を表わす直線を近似して、その近似された直線の傾きから測定対象の傾斜角度を一義的に正確に求めることができる角度検出装置を達成できる。
【０１２５】
請求項６に記載の本発明によれば、複数の測定結果の相関関係（分布）を表わす直線を近似するために最小二乗化方法を使用して、比較的簡単な計算で一義的に測定対象の傾斜角度を正確に求めることができる角度検出装置を達成できる。
【０１２６】
請求項７に記載の本発明によれば、複数の測定結果から測定値の代表値を求めてこの代表値を使用することにより、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、精度の高い角度検出装置を達成できる。
請求項８に記載の本発明によれば、直線的に並んだ複数の異なる測定位置を測定した結果の相関関係（分布）を表わす直線を近似して、その近似された直線の傾きから測定対象の傾斜角度を一義的に正確に求めることができる角度検出装置を達成できる。
【０１２７】
請求項９に記載の本発明によれば、複数の測定結果から測定値の代表値を求めてこの代表値を使用することにより、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、精度の高い角度検出装置を達成できる。
【０１２８】
請求項１０に記載の本発明によれば、投影されるスクリーンのプロジェクタに対する傾斜角度を簡潔な構成で自動的に正確に達成できる角度検出器を達成できる。
【０１２９】
請求項１１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プロジェクタを達成できる。
【０１３０】
請求項１２に記載の本発明によれば、スクリーン上の画像を自動的に合焦調節できるプロジェクタを達成できる。
【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）】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それらに基づいた角度算出結果を示すグラフ。
【図１５（ｂ）】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の相互関係（分布）を表わす直線を本発明による最小二乗化方法で近似する方法説明するグラフ。
【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測距結果の代表値とコントラスト重心の代表値とを求める方法を示す図。
【図１８】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１９】本発明の１つの実施の形態による測定値の相互信頼性判定、平均化処理、ｘ軸変換の処理の動作を示すフローチャート図。
【図２０】本発明の１つの実施の形態によるコントラスト重心位置Ｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）からｘ座標値Ｘｂａｌａｎｃｅ（Ｎ）を求めるｘ軸変換の方法を示す図。
【図２１】本発明の１つの実施の形態による最小二乗化法により直線近似と角度検出を行なう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

Claims (12)

1. 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と、
   上記演算部が演算した距離の少なくとも２つの演算結果を用いて、これらの演算結果の相関関係を表わす直線の近似を行ない、上記近似された直線の傾きを求め、この傾きに基づいて、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部と、
   を含むことを特徴とする角度検出装置。
2. 上記演算部が、上記距離として、上記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から上記基線を延長した第１の直線上にそれぞれ下ろした複数の垂線の長さを演算し、
   上記傾斜角度算出部が、上記複数の異なる位置に対応する上記第１の直線上の複数の座標位置をそれぞれ決定する座標位置算出部をさらに有し、上記決定された座標位置とそれに対応した上記演算された距離の一対から定められる上記位置の複数の間の相関関係を表わす直線を近似し、その直線の傾きから上記傾斜角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
3. 上記相関関係を表わす直線の近似は、最小二乗法によることを特徴とする請求項２に記載の角度検出装置。
4. 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と、
   上記演算された距離から、上記測定対象上の複数の異なる位置のいくつかを含む複数の小グループの位置の代表値をそれぞれ求める代表値算出部と、
   上記代表値算出部から求められた複数の代表値を用いて、これらの代表値の相関関係を表わす直線の近似を行ない、上記近似された直線の傾きを求め、この傾きに基づいて、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部と、
   を含むことを特徴とする角度検出装置。
5. 上記演算部が、上記距離として、上記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から、上記基線長を延長した第１の直線上にそれぞれ下ろした複数の垂線の長さを演算し、
   上記代表値算出部が、上記演算された距離から、上記測定対象上の複数の異なる位置のいくつかを含む複数の小グループの位置の代表値までの距離をそれぞれ求め、
   上記傾斜角度算出部が、上記位置の代表値に対応する上記第１の直線上の座標位置を決定する座標位置算出部をさらに有し、上記決定された座標位置とそれに対応した上記位置の代表値までの距離の一対から定められる代表値の複数の間の相関関係を表わす直線を近似して、その直線の傾きから上記傾斜角度を算出することを特徴とする請求項４に記載の角度検出装置。
6. 上記相関関係を表わす直線の近似は、最小二乗法によることを特徴とする請求項５に記載の角度検出装置。
7. 上記代表値算出部は、上記測定対象上の複数の異なる位置の内から、互いに隣接した所定数の上記位置を含む小グループを、この小グループに含まれる上記位置を一つずつずらして複数個作り、小グループ毎の位置の代表値までの距離を、上記各小グループに含まれる上記位置までの距離から求めることを特徴とする請求項４項乃至６項のいずれかに記載の角度検出装置。
8. 平面状物体の測定対象上の実質的に直線的に並んだ互いに異なる複数の測定地点までの距離を測定する測定距離装置と、
   少なくとも２つの測定された上記距離の間の相関関係を表わす直線を近似をし、近似された直線の傾きを求め、該傾きに基づいて、上記測定対象の上記測定距離装置に対する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。
9. 平面状物体の測定対象上の実質的に直線的に並んだ互いに異なる複数の測定地点までの距離を測定する測定距離装置と、
   上記複数の測定された距離に基づいて少なくとも２つの代表測距値を求める代表距離値決定部と、
   少なくとも２つの上記代表測距値の間の相関関係を表わす直線を近似し、近似された直線の傾きを求め、該傾きに基づいて、上記測定対象の上記測定距離装置に対する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。
10. 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９のいずれかに記載の角度検出装置。
11. 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１０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。
12. 上記測距装置の出力に基づいて上記スクリーン上の画像の合焦を制御する合焦制御部をさらに有する請求項１１に記載のプロジェクタ。

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