JP2005012679A - 傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】映像の歪補正のためにスクリーンのプロジェクタの光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜角度を簡単な構成で精密に測定できる傾斜角度測定装置を有するプロジェクタを提供する。
【解決手段】投影装置は投射面７０に対して撮像画像で１ドットの間隔となる交互に配置された白と黒の複数の直線で構成された垂直方向並びに水平方向のテストパターンを投射し、画像解析傾斜角度算定部は、デジタルカメラで撮像した投射面のテストパターン８３の傾斜を、傾斜が所定の角度以上の場合はテストパターンの両端の画素数の差として取得し、所定の角度以下の場合はテストパターンとドッドラインとの交差角度によってドッドライン上に生成されるモアレの輝度の変化の状態として取得し、テストパターンと投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、投影装置の出力映像を修正する。
【選択図】 図２
【解決手段】投影装置は投射面７０に対して撮像画像で１ドットの間隔となる交互に配置された白と黒の複数の直線で構成された垂直方向並びに水平方向のテストパターンを投射し、画像解析傾斜角度算定部は、デジタルカメラで撮像した投射面のテストパターン８３の傾斜を、傾斜が所定の角度以上の場合はテストパターンの両端の画素数の差として取得し、所定の角度以下の場合はテストパターンとドッドラインとの交差角度によってドッドライン上に生成されるモアレの輝度の変化の状態として取得し、テストパターンと投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、投影装置の出力映像を修正する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクタに関し、特に使用するプロジェクタの投影装置の光軸と投射面との傾斜角度を算定するための傾斜角度測定装置を有するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶技術やＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）技術の急速な進展に伴うプロジェクタの小型化・高性能化により、画像投射を目的とするプロジェクタの用途も拡大し、家庭内でのディスプレイ型テレビに代わる大型の表示装置としても注目されている。
【０００３】
しかし、プロジェクタはディスプレイ型テレビと違って映像面がスクリーンであったり壁であったりするためにプロジェクタの光軸と投射面との相対関係によって映像に歪を生ずるという問題点がある。特開平９−２８１５９７号公報には、プロジェクタの据付角度の検出手段とプロジェクタと投射対象と間の距離を検出する距離検出手段を有し、両検出結果から算出された角度によって液晶表示ユニットの角度を調整する方法が開示されている。この場合液晶表示ユニットの角度を機械的に調整する必要がある。また、特開２００１−１６９２１１号公報には角度制御可能なレーザポインタの光点を曲面のスクリーンに投影し、一方、計測用点画像を生成してプロジェクタからスクリーンに投影し、カメラで撮影して光点と点画像との位置計測を行い点画像を移動しながら両点が一致したときに点画像のフレームメモリ上の画素座標を光点の入力画像上の座標に置換して座標変換パラメータメモリに設定する歪補正方法が開示されている。この場合レーザポインタの角度を制御する必要があり、構造が複雑となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２８１５９７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６９２１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、スクリーンのプロジェクタの光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜がわかればプロジェクタのフレームメモリの座標を変換したりすることによって歪のない映像をスクリーンに投影する技術は実用化されており、スクリーンに対するプロジェクタの傾きを検出する方法として、プロジェクタから投射した水平線または垂直線のテストパターンを投射レンズから離れて配置された撮像素子で撮影し、撮影されたテストパターンの傾きからスクリーンに対するプロジェクタの傾きを検出する方法があるが、この場合はテストパターンと撮像画面の両端との交点に対応する画素の画素数の差を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定しているので、この方法では撮像素子の１画素よりも高い精度でテストパターンの傾きを検出することはできなかった。
【０００６】
本発明の目的は、映像の歪補正のためにスクリーンのプロジェクタの光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜角度を簡単な構成で精密に測定できる傾斜角度測定装置を有するプロジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の傾斜角度測定装置を有する液晶プロジェクタは、
プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置を有し、算定した傾斜角度に従って画像表示部の出力映像を制御することにより投射面の画像の歪を補正するプロジェクタである。傾斜角度測定装置は、テストパターン生成装置とデジタルカメラと画像解析傾斜角度算定部とを備え、デジタルカメラの撮像レンズは、プロジェクタの照射側の面に投影装置の投射レンズから垂直方向ならびに水平方向に所定の間隔をおいて設けられおり、投影装置は傾斜角度算定モードにおいて、デジタルカメラの撮像画面の縁部近傍に結像するように、投射面に対して垂直方向並びに水平方向のテストパターンを投射し、そのテストパターンは、デジタルカメラの撮像素子の１ドットの間隔で交互に配置された白と黒の複数の直線で構成されており、画像解析傾斜角度算定部は、デジタルカメラで撮像した投射面のテストパターンの傾斜を、傾斜が所定の角度以上の場合はテストパターンと撮像画面の両端との交点の画素数の差として取得し、傾斜が所定の角度以下の場合はテストパターンとドッドラインとの交差角度によりそのドッドライン上に生成されるモアレの輝度のそのドッドライン上の変化の状態を取得し、画素数の差および輝度の変化の状態からテストパターンと投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、その傾斜角度からプロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する。
【０００８】
デジタルカメラの撮像素子は、６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子であることが望ましい。
【０００９】
デジタルカメラで撮像したテストパターンと基準線との間の傾斜角度の、デジタルカメラの撮像素子の撮像画面からの解析は、テストパターンと撮像画面の両端との交点に対応する両ドッドの差分画素数を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定してもよく、テストパターンとドッドラインとの交差角度によってそのドッドライン上に生成されるモアレの輝度のそのドッドライン上の変化からのテストパターンと投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度の解析は、テストパターンの黒線の一端をドッドラインの一端と合致させたときに、ドッドライン上に輝度値の上限のピークがあるときは、ドッドラインの全ドット数を、上限のピークの中央と一端との間のドット数で除した値をドット数としたものがテストパターンの撮像画面の両端間の差分画素数であり、ドッドライン上に輝度値の上限のピークがないときは、一端とは反対側の端部における輝度値を白線に対応する輝度値で除した値をドット数としたものがテストパターンの撮像画面の両端間の差分画素数あるとして予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定してもよい。
【００１０】
プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度に従った映像表示部の出力映像の制御は、傾斜角度に対応して予め算出されている映像表示部の入力映像の補正値によってＬＳＩ制御パラメータを作成し、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することによって実行されてもよい。
【００１１】
プロジェクタは液晶プロジェクタであってもよく、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式図ブロック構成図であり、図２は本発明の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的説明図であり、（ａ）は投射状態を示す模式的側面図、（ｂ）はプロジェクタの模式的正面図、（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図であり、図３は傾斜角度測定モードで投影装置から投射面に投影されるテストパターンの模式図であり（ａ）は垂直線テストパターンであり、（ｂ）は水平線テストパターンである。
【００１３】
ここでは、液晶プロジェクタを例として説明するが液晶表示部２２をＤＬＰ表示部と読み替えればＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタに対しても同様に適用できる。
【００１４】
プロジェクタ１０は投射レンズ２１と液晶表示部２２を有する投影装置２０と液晶表示部２２の画像を制御する画像制御部２３と、傾斜角度測定装置３０と、全体の動作を制御するＣＰＵ６０とを備える。傾斜角度測定装置３０はテストパターン生成装置４０と、撮像レンズ５１と６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子５２を有するデジタルカメラ５０と、撮像素子５２が撮像した画像の画素を解析して投射面７０に対する投影装置２０の垂直および水平方向の傾斜を算出する画像解析傾斜角度算定部５３とを備える。
【００１５】
図２（ａ）に示すようにスクリーンや壁などの投射面７０に映像が投射されるようにプロジェクタ１０は置き台９０上に通常は上下方向に傾斜して配置される。この場合プロジェクタ１０の投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０とが直交する状態で投影が行われると液晶表示部２２の画面がそのまま投射面に拡大して投影されるが、投影装置２０の投射光軸２６に対する直交面と投射面７０とが傾斜する場合は直交する場合と比較して位置によって投射レンズ２１からの距離が変化し、例えば離れた位置では画面が拡大するので投影された画面に台形の歪を生ずるという問題が生ずる。この問題を解決するために例えば上述の特許文献に記載されたような工夫がなされてきた。この場合投影装置２０の投射光軸２６に対する垂直面と投射面７０との傾斜角度が正確に把握できれば、画像制御部２３によって液晶表示部２２の画像の画素への配置を移動させることによって投射面７０に投射された映像を正しい状態に修正することができ、その移動度は公知の技術によって傾斜角度から数値的に求めることができる。
【００１６】
本発明は投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０との傾斜角度を正確に把握することを目的としており、以下に説明する傾斜角度測定装置３０によりその目的は達成される。
【００１７】
傾斜角度測定装置３０のテストパターン生成装置４０は、傾斜角度測定モードでは、画像制御部２３を制御して液晶表示部２２から図３に示す垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂを投射面７０へ投射する。図３に示すように垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂは白と黒の直線が交互に設けられ、撮像素子５２で撮像画面８０でそれぞれの間隔がドット間隔の２倍の間隔となるように制御されている。投射位置はデジタルカメラ５０の撮像画面８０を画像解析傾斜角度算定部５３が解析して所望の位置になるように画像制御部２３により調整できる。投射レンズ２１と撮像レンズ５１とは図２（ｂ）に示すように垂直方向並びに水平方向に離れるように配置されることが望ましい。
【００１８】
図２（ｃ）は投射面７０に投射された垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂをデジタルカメラ５０の撮像素子５２で撮像したときの撮像画面８０であり、投射面７０は上部が投射レンズ２１から離れる方向に傾斜しているので、投射レンズ２１から水平方向に離れた位置で撮像した撮像素子５２の画像では、図２（ｃ）に見られるように垂直線テストパターン８３ａの上側が下側よりも右側によった位置で表示される。同様に図示されていないが投射面７０は向かって左側が投射レンズ２１から離れる方向に傾斜しているので、投射レンズ２１から垂直方向に離れた位置で撮像した撮像素子５２の画像では、水平線テストパターン８３ｂは向かって左側が右側より上がった位置で表示される。
【００１９】
画像解析傾斜角度算定部５３では撮像画面８０における垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂをそれぞれの画素より解析し、所定の計算式によって投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０との上下方向並びに左右方向の傾斜角度を算出して画像制御部２３に出力し、画像制御部２３はその傾斜角度に基づいて所定の計算式によって液晶表示部２２の画像の画素への配置を移動させることによって投射面７０に投射された映像を正しい状態に修正する。
【００２０】
図４は差分画素数から液晶表示部２２の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。画像解析傾斜角度算定部５３が、撮像素子５２の撮像画面８０から同一線の縦方向の差分画素数８６と横方向の差分画素数８７についての差分画素数情報を取得し（ステップＳ１１）、これを基に投影装置２０の光軸と投射面７０との傾斜角度を生成し（ステップＳ１２）、生成した傾斜角度を受けて画像制御部２３はＬＳＩ制御パラメータを生成し（ステップＳ１３）、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより（ステップＳ１４）、入力映像２４が修正されて液晶表示部２２で出力映像２５となる。この出力映像２５は投射面７０に投射されると入力映像２４と相似の映像となる。
【００２１】
この方法では投射面７０と投射光軸２６の垂直面との傾斜の大きい場合には差分画素数８６、８７も大きいので出力映像２５の補正の精度が高いが、傾斜の度合いが少なく差分画素数８６、８７が１に近づくと細かい調整はできないという問題がある。そこで本実施の形態ではテストパターンを同じ巾の黒白繰り返しの直線とし、黒線と白線の中心線間の間隔を撮像画像のドット間隔となるように投射面７０に投射している。
【００２２】
図５、図６は水平線テストパターンを例として撮像画像のドット列の方向とテストパターンの方向を傾斜させた場合のドット列に現れるモアレを示す模式図であり、図５（ａ）はドット列の方向とテストパターンの方向が一致した場合、図５（ｂ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で０．５×ドット間隔傾斜した場合、図５（ｃ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．０×ドット間隔傾斜した場合、図５（ｄ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．５×ドット間隔傾斜した場合、図６（ｅ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．０×ドット間隔傾斜した場合、図６（ｆ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．５×ドット間隔傾斜した場合、図６（ｇ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で３．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。それぞれ上段はテストパターン撮像画面の表示状態、中段は１列のドット列の状態、下段はドット列の輝度変化と最大値までのドット数を示す。ここでは６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子５２を使用している。図では説明を容易にするためドット上で黒線と白線を明確に分離して表示しているが、ドットラインの黒線と白線が混在する位置のドットでは実際はその位置での平均輝度で表示されるので視覚としてはドッドラインが白と黒のグラデーションとなりモアレ状態となる。
【００２３】
このように、一端で黒列とドットラインを一致させてそのドットラインの輝度の変化を検出すると、傾斜に対応して最低と最高の輝度のドット間隔が変化し、傾斜が１．０ドット／Ｌ以上の場合は中間に最高の輝度値が現れるので、ラインの全ドット数を最低と最高の輝度のドット間隔で除した値が両端におけるドットの差、即ち差分画素数となり、傾斜が両端の間で１ドット以下の場合（傾斜＜１．０ドット／Ｌ）は、傾斜によって中間に最高の輝度値が現れずに終端の輝度値が変化するので、終端の輝度値を白線の輝度値で除した値が両端におけるドットの差、即ち差分画素数となり、テストパターンの微小な傾斜を検出することができる。
【００２４】
具体的に図６（ｇ）の傾斜３．０ドット／ＬをＶＧＡの解像度をもつ撮像素子で撮影したと仮定すれば、撮像素子の全水平ドット数は６４０ドット、最高輝度の中央のドットと最低輝度のドットとの位置差は２１３ドットである。従って、傾きは撮像素子の両端で６４０÷２１３＝３．００ドット／Ｌ、即ち差分画素数３．００となる。この場合、最高輝度と最低輝度の位置差が１ドットずれたとすると、
６４０÷２１２＝３．０２ドット／Ｌ
６４０÷２１３＝３．００ドット／Ｌ
６４０÷２１４＝２．９９ドット／Ｌ
となりドット間隔の１〜２％といった非常に高精度で傾きを検出することができる。
【００２５】
図７は最低と最高の輝度のドット間隔・端部における輝度値から液晶表示部２２の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。画像解析傾斜角度算定部５３が、撮像素子５２の撮像画面８０から一端でテストパターンの黒列とドットラインを一致させてそのドットラインの輝度の変化をドット単位で検出して、最低と最高の輝度のドット間隔あるいは一端の輝度値の白線の輝度値に対する比を取得し（ステップＳ２１）、これを基に投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０との傾斜角度を生成し（ステップＳ２２）、生成した傾斜角度を受けて画像制御部２３はＬＳＩ制御パラメータを生成し（ステップＳ２３）、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより（ステップＳ２４）、入力映像２４が修正されて液晶表示部２２で出力映像２５となる。この出力映像２５は投射面に投射されると入力映像２４と相似の映像となる。
【００２６】
このように画像解析傾斜角度算定部５３は、先ず縦差分画素８６と数横差分画素数８７を取得して差分画素数が所定の画素数以上の場合は差分画素数を用いて傾斜角度を生成し、差分画素数が所定の画素数以下の場合はドットラインの最低と最高の輝度のドット間隔あるいは一端の輝度値の白線の輝度値に対する比を取得して傾斜角度を生成する。これによって、投射光軸２６に対する垂直面と投射面７０との傾斜角度が大きい場合でも少ない場合でも正確で精密な傾斜角度を生成することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、容易にかつ精密に投影装置の投射光軸と投射面との上下方向並びに左右方向の傾斜角度を算出できるので、液晶表示部の画像の画素への配置を移動させることによって投射面に投射された映像を正確に正しい状態に修正することができるという効果がある。
【００２８】
これは、傾斜角度測定装置のデジタルカメラの撮像レンズから水平方向および垂直方向に離れた位置に配置されている投影装置の投射レンズから、１ドットの間隔で交互に配置された白と黒の直線で構成されるテストパターンを垂直方向並びに水平方向に投射面に向けて投射し、デジタルカメラで撮像されたテストパターンの上下および左右の傾きを両端の差分画素数が所定の画素数以上の場合は差分画素数を用いて傾斜角度を生成し、差分画素数が所定の画素数以下の場合はドットラインの最低と最高の輝度のドット間隔あるいは一端の輝度値の白線の輝度値に対する比を取得して傾斜角度を生成することによって投影装置の投射光軸と投射面との上下方向並びに左右方向の傾斜角度を精密に算出できるので、その傾斜角度から液晶表示部の画面の歪をなくするように制御できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式図ブロック構成図である。
【図２】本発明の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的説明図である。
（ａ）は投射状態を示す模式的側面図である。
（ｂ）はプロジェクタの模式的正面図である。
（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
【図３】傾斜角度測定モードで投影装置から投射面に投影されるテストパターンの模式図である。
（ａ）は垂直線テストパターンである。
（ｂ）は水平線テストパターンである。
【図４】差分画素数から液晶表示部の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。
【図５】水平線テストパターンを例として撮像画像のドット列の方向とテストパターンの方向を傾斜させた場合のドット列に現れるモアレを示す模式図である。
（ａ）はドット列の方向とテストパターンの方向が一致した場合を示す。
（ｂ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で０．５×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｃ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｄ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．５×ドット間隔傾斜した場合を示す。
【図６】水平線テストパターンを例として撮像画像のドット列の方向とテストパターンの方向を傾斜させた場合のドット列に現れるモアレを示す模式図である。
（ｅ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｆ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．５×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｇ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で３．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。
【図７】最低と最高の輝度のドット間隔・端部における輝度値から液晶表示部の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。
【符号の説明】
１０ プロジェクタ
２０ 投影装置
２１ 投射レンズ
２２ 液晶表示部
２３ 画像制御部
２４ 入力映像
２５ 出力映像
２６ 投射光軸
３０ 傾斜角度測定装置
４０ テストパターン生成装置
５０ デジタルカメラ
５１ 撮像レンズ
５２ 撮像素子
５３ 画像解析傾斜角度算定部
６０ ＣＰＵ
７０ 投射面
８０ 撮像画面
８３ａ 垂直線テストパターン
８３ｂ 水平線テストパターン
８６ 縦差分画素数
８７ 横差分画素数
９０ 置き台
９６ 縦方向輝度変化
９７ 横方向輝度変化
Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４ ステップ
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクタに関し、特に使用するプロジェクタの投影装置の光軸と投射面との傾斜角度を算定するための傾斜角度測定装置を有するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶技術やＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）技術の急速な進展に伴うプロジェクタの小型化・高性能化により、画像投射を目的とするプロジェクタの用途も拡大し、家庭内でのディスプレイ型テレビに代わる大型の表示装置としても注目されている。
【０００３】
しかし、プロジェクタはディスプレイ型テレビと違って映像面がスクリーンであったり壁であったりするためにプロジェクタの光軸と投射面との相対関係によって映像に歪を生ずるという問題点がある。特開平９−２８１５９７号公報には、プロジェクタの据付角度の検出手段とプロジェクタと投射対象と間の距離を検出する距離検出手段を有し、両検出結果から算出された角度によって液晶表示ユニットの角度を調整する方法が開示されている。この場合液晶表示ユニットの角度を機械的に調整する必要がある。また、特開２００１−１６９２１１号公報には角度制御可能なレーザポインタの光点を曲面のスクリーンに投影し、一方、計測用点画像を生成してプロジェクタからスクリーンに投影し、カメラで撮影して光点と点画像との位置計測を行い点画像を移動しながら両点が一致したときに点画像のフレームメモリ上の画素座標を光点の入力画像上の座標に置換して座標変換パラメータメモリに設定する歪補正方法が開示されている。この場合レーザポインタの角度を制御する必要があり、構造が複雑となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２８１５９７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６９２１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、スクリーンのプロジェクタの光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜がわかればプロジェクタのフレームメモリの座標を変換したりすることによって歪のない映像をスクリーンに投影する技術は実用化されており、スクリーンに対するプロジェクタの傾きを検出する方法として、プロジェクタから投射した水平線または垂直線のテストパターンを投射レンズから離れて配置された撮像素子で撮影し、撮影されたテストパターンの傾きからスクリーンに対するプロジェクタの傾きを検出する方法があるが、この場合はテストパターンと撮像画面の両端との交点に対応する画素の画素数の差を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定しているので、この方法では撮像素子の１画素よりも高い精度でテストパターンの傾きを検出することはできなかった。
【０００６】
本発明の目的は、映像の歪補正のためにスクリーンのプロジェクタの光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜角度を簡単な構成で精密に測定できる傾斜角度測定装置を有するプロジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の傾斜角度測定装置を有する液晶プロジェクタは、
プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置を有し、算定した傾斜角度に従って画像表示部の出力映像を制御することにより投射面の画像の歪を補正するプロジェクタである。傾斜角度測定装置は、テストパターン生成装置とデジタルカメラと画像解析傾斜角度算定部とを備え、デジタルカメラの撮像レンズは、プロジェクタの照射側の面に投影装置の投射レンズから垂直方向ならびに水平方向に所定の間隔をおいて設けられおり、投影装置は傾斜角度算定モードにおいて、デジタルカメラの撮像画面の縁部近傍に結像するように、投射面に対して垂直方向並びに水平方向のテストパターンを投射し、そのテストパターンは、デジタルカメラの撮像素子の１ドットの間隔で交互に配置された白と黒の複数の直線で構成されており、画像解析傾斜角度算定部は、デジタルカメラで撮像した投射面のテストパターンの傾斜を、傾斜が所定の角度以上の場合はテストパターンと撮像画面の両端との交点の画素数の差として取得し、傾斜が所定の角度以下の場合はテストパターンとドッドラインとの交差角度によりそのドッドライン上に生成されるモアレの輝度のそのドッドライン上の変化の状態を取得し、画素数の差および輝度の変化の状態からテストパターンと投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、その傾斜角度からプロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する。
【０００８】
デジタルカメラの撮像素子は、６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子であることが望ましい。
【０００９】
デジタルカメラで撮像したテストパターンと基準線との間の傾斜角度の、デジタルカメラの撮像素子の撮像画面からの解析は、テストパターンと撮像画面の両端との交点に対応する両ドッドの差分画素数を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定してもよく、テストパターンとドッドラインとの交差角度によってそのドッドライン上に生成されるモアレの輝度のそのドッドライン上の変化からのテストパターンと投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度の解析は、テストパターンの黒線の一端をドッドラインの一端と合致させたときに、ドッドライン上に輝度値の上限のピークがあるときは、ドッドラインの全ドット数を、上限のピークの中央と一端との間のドット数で除した値をドット数としたものがテストパターンの撮像画面の両端間の差分画素数であり、ドッドライン上に輝度値の上限のピークがないときは、一端とは反対側の端部における輝度値を白線に対応する輝度値で除した値をドット数としたものがテストパターンの撮像画面の両端間の差分画素数あるとして予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定してもよい。
【００１０】
プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度に従った映像表示部の出力映像の制御は、傾斜角度に対応して予め算出されている映像表示部の入力映像の補正値によってＬＳＩ制御パラメータを作成し、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することによって実行されてもよい。
【００１１】
プロジェクタは液晶プロジェクタであってもよく、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式図ブロック構成図であり、図２は本発明の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的説明図であり、（ａ）は投射状態を示す模式的側面図、（ｂ）はプロジェクタの模式的正面図、（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図であり、図３は傾斜角度測定モードで投影装置から投射面に投影されるテストパターンの模式図であり（ａ）は垂直線テストパターンであり、（ｂ）は水平線テストパターンである。
【００１３】
ここでは、液晶プロジェクタを例として説明するが液晶表示部２２をＤＬＰ表示部と読み替えればＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタに対しても同様に適用できる。
【００１４】
プロジェクタ１０は投射レンズ２１と液晶表示部２２を有する投影装置２０と液晶表示部２２の画像を制御する画像制御部２３と、傾斜角度測定装置３０と、全体の動作を制御するＣＰＵ６０とを備える。傾斜角度測定装置３０はテストパターン生成装置４０と、撮像レンズ５１と６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子５２を有するデジタルカメラ５０と、撮像素子５２が撮像した画像の画素を解析して投射面７０に対する投影装置２０の垂直および水平方向の傾斜を算出する画像解析傾斜角度算定部５３とを備える。
【００１５】
図２（ａ）に示すようにスクリーンや壁などの投射面７０に映像が投射されるようにプロジェクタ１０は置き台９０上に通常は上下方向に傾斜して配置される。この場合プロジェクタ１０の投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０とが直交する状態で投影が行われると液晶表示部２２の画面がそのまま投射面に拡大して投影されるが、投影装置２０の投射光軸２６に対する直交面と投射面７０とが傾斜する場合は直交する場合と比較して位置によって投射レンズ２１からの距離が変化し、例えば離れた位置では画面が拡大するので投影された画面に台形の歪を生ずるという問題が生ずる。この問題を解決するために例えば上述の特許文献に記載されたような工夫がなされてきた。この場合投影装置２０の投射光軸２６に対する垂直面と投射面７０との傾斜角度が正確に把握できれば、画像制御部２３によって液晶表示部２２の画像の画素への配置を移動させることによって投射面７０に投射された映像を正しい状態に修正することができ、その移動度は公知の技術によって傾斜角度から数値的に求めることができる。
【００１６】
本発明は投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０との傾斜角度を正確に把握することを目的としており、以下に説明する傾斜角度測定装置３０によりその目的は達成される。
【００１７】
傾斜角度測定装置３０のテストパターン生成装置４０は、傾斜角度測定モードでは、画像制御部２３を制御して液晶表示部２２から図３に示す垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂを投射面７０へ投射する。図３に示すように垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂは白と黒の直線が交互に設けられ、撮像素子５２で撮像画面８０でそれぞれの間隔がドット間隔の２倍の間隔となるように制御されている。投射位置はデジタルカメラ５０の撮像画面８０を画像解析傾斜角度算定部５３が解析して所望の位置になるように画像制御部２３により調整できる。投射レンズ２１と撮像レンズ５１とは図２（ｂ）に示すように垂直方向並びに水平方向に離れるように配置されることが望ましい。
【００１８】
図２（ｃ）は投射面７０に投射された垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂをデジタルカメラ５０の撮像素子５２で撮像したときの撮像画面８０であり、投射面７０は上部が投射レンズ２１から離れる方向に傾斜しているので、投射レンズ２１から水平方向に離れた位置で撮像した撮像素子５２の画像では、図２（ｃ）に見られるように垂直線テストパターン８３ａの上側が下側よりも右側によった位置で表示される。同様に図示されていないが投射面７０は向かって左側が投射レンズ２１から離れる方向に傾斜しているので、投射レンズ２１から垂直方向に離れた位置で撮像した撮像素子５２の画像では、水平線テストパターン８３ｂは向かって左側が右側より上がった位置で表示される。
【００１９】
画像解析傾斜角度算定部５３では撮像画面８０における垂直線テストパターン８３ａおよび水平線テストパターン８３ｂをそれぞれの画素より解析し、所定の計算式によって投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０との上下方向並びに左右方向の傾斜角度を算出して画像制御部２３に出力し、画像制御部２３はその傾斜角度に基づいて所定の計算式によって液晶表示部２２の画像の画素への配置を移動させることによって投射面７０に投射された映像を正しい状態に修正する。
【００２０】
図４は差分画素数から液晶表示部２２の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。画像解析傾斜角度算定部５３が、撮像素子５２の撮像画面８０から同一線の縦方向の差分画素数８６と横方向の差分画素数８７についての差分画素数情報を取得し（ステップＳ１１）、これを基に投影装置２０の光軸と投射面７０との傾斜角度を生成し（ステップＳ１２）、生成した傾斜角度を受けて画像制御部２３はＬＳＩ制御パラメータを生成し（ステップＳ１３）、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより（ステップＳ１４）、入力映像２４が修正されて液晶表示部２２で出力映像２５となる。この出力映像２５は投射面７０に投射されると入力映像２４と相似の映像となる。
【００２１】
この方法では投射面７０と投射光軸２６の垂直面との傾斜の大きい場合には差分画素数８６、８７も大きいので出力映像２５の補正の精度が高いが、傾斜の度合いが少なく差分画素数８６、８７が１に近づくと細かい調整はできないという問題がある。そこで本実施の形態ではテストパターンを同じ巾の黒白繰り返しの直線とし、黒線と白線の中心線間の間隔を撮像画像のドット間隔となるように投射面７０に投射している。
【００２２】
図５、図６は水平線テストパターンを例として撮像画像のドット列の方向とテストパターンの方向を傾斜させた場合のドット列に現れるモアレを示す模式図であり、図５（ａ）はドット列の方向とテストパターンの方向が一致した場合、図５（ｂ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で０．５×ドット間隔傾斜した場合、図５（ｃ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．０×ドット間隔傾斜した場合、図５（ｄ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．５×ドット間隔傾斜した場合、図６（ｅ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．０×ドット間隔傾斜した場合、図６（ｆ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．５×ドット間隔傾斜した場合、図６（ｇ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で３．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。それぞれ上段はテストパターン撮像画面の表示状態、中段は１列のドット列の状態、下段はドット列の輝度変化と最大値までのドット数を示す。ここでは６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子５２を使用している。図では説明を容易にするためドット上で黒線と白線を明確に分離して表示しているが、ドットラインの黒線と白線が混在する位置のドットでは実際はその位置での平均輝度で表示されるので視覚としてはドッドラインが白と黒のグラデーションとなりモアレ状態となる。
【００２３】
このように、一端で黒列とドットラインを一致させてそのドットラインの輝度の変化を検出すると、傾斜に対応して最低と最高の輝度のドット間隔が変化し、傾斜が１．０ドット／Ｌ以上の場合は中間に最高の輝度値が現れるので、ラインの全ドット数を最低と最高の輝度のドット間隔で除した値が両端におけるドットの差、即ち差分画素数となり、傾斜が両端の間で１ドット以下の場合（傾斜＜１．０ドット／Ｌ）は、傾斜によって中間に最高の輝度値が現れずに終端の輝度値が変化するので、終端の輝度値を白線の輝度値で除した値が両端におけるドットの差、即ち差分画素数となり、テストパターンの微小な傾斜を検出することができる。
【００２４】
具体的に図６（ｇ）の傾斜３．０ドット／ＬをＶＧＡの解像度をもつ撮像素子で撮影したと仮定すれば、撮像素子の全水平ドット数は６４０ドット、最高輝度の中央のドットと最低輝度のドットとの位置差は２１３ドットである。従って、傾きは撮像素子の両端で６４０÷２１３＝３．００ドット／Ｌ、即ち差分画素数３．００となる。この場合、最高輝度と最低輝度の位置差が１ドットずれたとすると、
６４０÷２１２＝３．０２ドット／Ｌ
６４０÷２１３＝３．００ドット／Ｌ
６４０÷２１４＝２．９９ドット／Ｌ
となりドット間隔の１〜２％といった非常に高精度で傾きを検出することができる。
【００２５】
図７は最低と最高の輝度のドット間隔・端部における輝度値から液晶表示部２２の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。画像解析傾斜角度算定部５３が、撮像素子５２の撮像画面８０から一端でテストパターンの黒列とドットラインを一致させてそのドットラインの輝度の変化をドット単位で検出して、最低と最高の輝度のドット間隔あるいは一端の輝度値の白線の輝度値に対する比を取得し（ステップＳ２１）、これを基に投影装置２０の投射光軸２６と投射面７０との傾斜角度を生成し（ステップＳ２２）、生成した傾斜角度を受けて画像制御部２３はＬＳＩ制御パラメータを生成し（ステップＳ２３）、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより（ステップＳ２４）、入力映像２４が修正されて液晶表示部２２で出力映像２５となる。この出力映像２５は投射面に投射されると入力映像２４と相似の映像となる。
【００２６】
このように画像解析傾斜角度算定部５３は、先ず縦差分画素８６と数横差分画素数８７を取得して差分画素数が所定の画素数以上の場合は差分画素数を用いて傾斜角度を生成し、差分画素数が所定の画素数以下の場合はドットラインの最低と最高の輝度のドット間隔あるいは一端の輝度値の白線の輝度値に対する比を取得して傾斜角度を生成する。これによって、投射光軸２６に対する垂直面と投射面７０との傾斜角度が大きい場合でも少ない場合でも正確で精密な傾斜角度を生成することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、容易にかつ精密に投影装置の投射光軸と投射面との上下方向並びに左右方向の傾斜角度を算出できるので、液晶表示部の画像の画素への配置を移動させることによって投射面に投射された映像を正確に正しい状態に修正することができるという効果がある。
【００２８】
これは、傾斜角度測定装置のデジタルカメラの撮像レンズから水平方向および垂直方向に離れた位置に配置されている投影装置の投射レンズから、１ドットの間隔で交互に配置された白と黒の直線で構成されるテストパターンを垂直方向並びに水平方向に投射面に向けて投射し、デジタルカメラで撮像されたテストパターンの上下および左右の傾きを両端の差分画素数が所定の画素数以上の場合は差分画素数を用いて傾斜角度を生成し、差分画素数が所定の画素数以下の場合はドットラインの最低と最高の輝度のドット間隔あるいは一端の輝度値の白線の輝度値に対する比を取得して傾斜角度を生成することによって投影装置の投射光軸と投射面との上下方向並びに左右方向の傾斜角度を精密に算出できるので、その傾斜角度から液晶表示部の画面の歪をなくするように制御できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式図ブロック構成図である。
【図２】本発明の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式的説明図である。
（ａ）は投射状態を示す模式的側面図である。
（ｂ）はプロジェクタの模式的正面図である。
（ｃ）はデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
【図３】傾斜角度測定モードで投影装置から投射面に投影されるテストパターンの模式図である。
（ａ）は垂直線テストパターンである。
（ｂ）は水平線テストパターンである。
【図４】差分画素数から液晶表示部の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。
【図５】水平線テストパターンを例として撮像画像のドット列の方向とテストパターンの方向を傾斜させた場合のドット列に現れるモアレを示す模式図である。
（ａ）はドット列の方向とテストパターンの方向が一致した場合を示す。
（ｂ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で０．５×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｃ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｄ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で１．５×ドット間隔傾斜した場合を示す。
【図６】水平線テストパターンを例として撮像画像のドット列の方向とテストパターンの方向を傾斜させた場合のドット列に現れるモアレを示す模式図である。
（ｅ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｆ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で２．５×ドット間隔傾斜した場合を示す。
（ｇ）はドット列の方向とテストパターンの方向がドット列の両端で３．０×ドット間隔傾斜した場合を示す。
【図７】最低と最高の輝度のドット間隔・端部における輝度値から液晶表示部の出力映像を修正する標準的な過程を示す模式的流れ図である。
【符号の説明】
１０ プロジェクタ
２０ 投影装置
２１ 投射レンズ
２２ 液晶表示部
２３ 画像制御部
２４ 入力映像
２５ 出力映像
２６ 投射光軸
３０ 傾斜角度測定装置
４０ テストパターン生成装置
５０ デジタルカメラ
５１ 撮像レンズ
５２ 撮像素子
５３ 画像解析傾斜角度算定部
６０ ＣＰＵ
７０ 投射面
８０ 撮像画面
８３ａ 垂直線テストパターン
８３ｂ 水平線テストパターン
８６ 縦差分画素数
８７ 横差分画素数
９０ 置き台
９６ 縦方向輝度変化
９７ 横方向輝度変化
Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４ ステップ
Claims (7)
- プロジェクタの投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度を算定する傾斜角度測定装置を有し、算定した傾斜角度に従って画像表示部の出力映像を制御することにより前記投射面の画像の歪を補正するプロジェクタであって、
前記傾斜角度測定装置は、テストパターン生成装置とデジタルカメラと画像解析傾斜角度算定部とを備え、
前記デジタルカメラの撮像レンズは、前記プロジェクタの照射側の面に前記投影装置の投射レンズから垂直方向ならびに水平方向に所定の間隔をおいて設けられおり、
前記投影装置は傾斜角度算定モードにおいて、前記デジタルカメラの撮像画面の縁部近傍に結像するように、前記投射面に対して垂直方向並びに水平方向のテストパターンを投射し、該テストパターンは、前記デジタルカメラの撮像素子の１ドットの間隔で交互に配置された白と黒の複数の直線で構成されており、
画像解析傾斜角度算定部は、前記デジタルカメラで撮像した前記投射面の前記テストパターンの傾斜を、傾斜が所定の角度以上の場合は前記テストパターンと前記撮像画面の両端との交点の画素数の差として取得し、傾斜が所定の角度以下の場合は前記テストパターンとドッドラインとの交差角度により該ドッドライン上に生成されるモアレの輝度の該ドッドライン上の変化の状態を取得し、前記画素数の差および輝度の変化の状態から前記テストパターンと前記投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度を解析して、該傾斜角度から前記プロジェクタの前記投影装置の前記投射光軸と前記投射面との傾斜角度を算定する、傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。 - 前記デジタルカメラの前記撮像素子は、６４０×４８０ドットのＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）の解像度を有する撮像素子である、請求項１に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
- 前記デジタルカメラで撮像した前記テストパターンと前記基準線との間の傾斜角度の、前記デジタルカメラの前記撮像素子の前記撮像画面からの解析は、前記テストパターンと前記撮像画面の両端との交点に対応する両ドッドの差分画素数を算出して、予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定する、請求項１または請求項２に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
- 前記テストパターンとドッドラインとの交差角度によって該ドッドライン上に生成されるモアレの輝度の該ドッドライン上の変化からの前記テストパターンと前記投影装置の垂直方向と水平方向を示す基準線との傾斜角度の解析は、前記テストパターンの黒線の一端を前記ドッドラインの一端と合致させたときに、前記ドッドライン上に輝度値の上限のピークがあるときは、前記ドッドラインの全ドット数を、上限のピークの中央と前記一端との間のドット数で除した値をドット数としたものが前記テストパターンの前記撮像画面の両端間の差分画素数であり、前記ドッドライン上に輝度値の上限のピークがないときは、前記一端とは反対側の端部における輝度値を白線に対応する輝度値で除した値をドット数としたものが前記テストパターンの前記撮像画面の両端間の差分画素数あるとして予め作成してある差分画素数と傾斜角度とを関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定する、請求項１または請求項２に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
- 前記プロジェクタの前記投影装置の投射光軸と前記投射面との傾斜角度に従った前記映像表示部の出力映像の制御は、前記傾斜角度に対応して予め算出されている前記映像表示部の入力映像の補正値によってＬＳＩ制御パラメータを作成し、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することによって実行される、請求項１から請求項４に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
- 前記プロジェクタは液晶プロジェクタである、請求項１から請求項５に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
- 前記プロジェクタはＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）プロジェクタである、請求項１から請求項５に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
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