JP2005024618A - 傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの傾斜角度を簡単な構成で正確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】テストパターン生成部４０は、投影装置２０から投射レンズ２１の中央を通る水平な直線状のテストパターンを投射面に投射し、テストパターンを投射レンズ２１の上方垂直方向に離れて配置されたデジタルカメラ５０の撮像素子５２で撮像し、画像解析傾斜角度算定部５３が、撮像画面からテストパターンの水平方向の両端における各画素ラインとの交差部分の画素ラインごとの輝度を取得してその加重平均を求めて、その重心位置を交差位置としてテストパターンの両端の差分画素数を取得して投影装置２０の投射光軸と投射面との水平方向傾斜角度を生成し、別に取得した垂直方向傾斜角度と併せて、液晶表示部２２の出力映像を制御することにより投射面の映像の歪を補正する。
【選択図】 図１

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】
【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
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、液晶プロジェクタやＤＬＰ方式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、液晶プロジェクタの据付角度の検出手段と液晶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って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。
【０００５】
一方、スクリーンのプロジェクタの投射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いる。
【０００６】
このうち、垂直方向の傾斜については通常投射面が垂直となっているので、既に実用化されている加速度検出素子を用いた傾斜センサを用いて検出した投影装置の傾斜度を投射面に対する投影装置の傾斜と見なすことで、簡単な装置で検出できるが、投射面が上下方向で傾斜する場合は正確な傾斜度が得られない。
【０００７】
このため、投射装置の投射レンズから水平方向並びに垂直方向の直線状のテストパターンを投射面に投射し、投射面のテストパターンを投射レンズから垂直方向と水平方向に離れた位置に設けられたデジタルカメラの撮像素子で撮影し、撮像画面上のテストパターンの水平方向並びに垂直方向の基準線に対する傾斜角度を取得することによって投射面の投射光軸に対する上下方向並びに左右方向の傾斜を算定する方法が提案されている。
【０００８】
この場合、撮像画面上の水平方向並びに垂直方向の基準線からの傾斜角度は、通常テストパターンと撮像画面の両端との交点の画素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ことが行われている。しかし、テストパターンの画像は投射レンズの焦点が投射面に一致していない場合は巾方向に広がるので、自動焦点調節機構を持たないプロジェクタにおいては、正確な算定のために手動で焦点を調整する必要があり、この場合でも撮像素子の画素数単位の精度でしか傾斜角度を算定できないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、映像の歪補正のためにプロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの傾斜角度を簡単な構成で正確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。
【００１０】
【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映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部と、デジタルカメラと、画像解析傾斜角度算定部とを備え、テストパターン生成部は、投影装置から投射レンズの中央を通る水平な直線状のテストパターンを投射面に投射し、その投射面のテストパターンを投射レンズの上方に離れて配置されたデジタルカメラの撮像素子で撮像し、画像解析傾斜角度算定部が、撮像素子の撮像画面からテストパターンの水平方向の両端における各画素ラインとの交差部分の画素ラインごとの輝度を取得してその加重平均を求め、その重心位置を交差位置としてテストパターンの両端の差分画素数を取得して投影装置の投射光軸と投射面との水平方向傾斜角度を生成し、別に取得した垂直方向傾斜角度と併せて、画像表示部の出力映像を制御することにより投射面の映像の歪を補正する。
【００１１】
垂直方向傾斜角度の取得が、投影装置から投射レンズの中央を通る水平並びに垂直な直線状のテストパターンを投射面に投射し、その投射面のテストパターンを投射レンズの上方垂直かつ水平方向に離れて配置されたデジタルカメラの撮像素子で撮像し、画像解析傾斜角度算定部が、撮像素子の撮像画面からテストパターンの垂直方向の両端における各画素ラインとの交差部分の画素ごとの輝度を取得してその加重平均を求め、その重心位置を交差位置としてテストパターンの両端の差分画素数を取得して投影装置の投射光軸と投射面との垂直方向傾斜角度を生成することによって行われてもよく、傾斜角度測定装置に設けられた加速度検出素子を用いた垂直方向傾斜センサによって行われてもよい。
【００１２】
デジタルカメラで撮像されたテストパターンと基準線との間の傾斜角度の解析は、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することによって行われ、算定された傾斜角度から所定の計算式によって投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度が算定されてもよく、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画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画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。
【００１３】
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１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的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）は投射面上の映像とテストパターンを示す模式的正面図、（ｃ）はプロジェクタの模式的正面図、（ｄ）は投射面に焦点が一致している場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図、（ｅ）は投射面に焦点が一致していない場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
【００１５】
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同じ格子状表示を用いる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。
【００１６】
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部４０と、撮像レンズ５１と撮像素子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。
【００１７】
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７０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。
【００１８】
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。
【００１９】
傾斜角度測定装置３０のテストパターン生成部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へ投射し、図２（ｂ）に示すように表示される。投射レンズ２１と撮像レンズ５１とは図２（ｃ）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ている。
【００２０】
図２（ｄ）は投射面に焦点が一致している場合の投射面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、（ｅ）は投射面に焦点が一致していない場合の投射面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である。この例では、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（ｄ）、（ｅ）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。
【００２１】
図２（ｄ）は投射面に焦点が一致しているのでテストパターン８３の画像における巾は画素の巾とほぼ一致しているが、図２（ｅ）は投射面に焦点が一致していないのでテストパターン８３の画像における巾は広がって複数の画素にまたがっており、その輝度は中央から周辺に向けて低下している。図３は図２（ｅ）の鎖線で囲むＡ領域の模式的拡大図である。
【００２２】
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の垂直基準線および水平基準線に対する傾斜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。
【００２３】
この場合、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の垂直基準線および水平基準線に対する傾斜の解析は、撮像画面８０の両端とテストパターン８３ａ、８３ｂとの交点の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を関連付けたテーブルによって傾斜角度を算定する。
【００２４】
図２（ｄ）のように投射面に焦点が一致している場合は、テストパターン８３は細い線となっているので画素との対応が容易であるが、図２（ｅ）のように投射面に焦点が一致していない場合は、テストパターン８３の幅が広いので画素との対応を精密に行うことが難しく、従来は焦点の調節によって焦点を一致させてから行う必要があったが、本発明では焦点の一致している場合を含め、テストパターン８３の幅が広いままでも画素との対応を精密に行うことができることに特徴がある。
【００２５】
画像解析傾斜角度算定部５３では、テストパターン８３の幅が複数の画素ライン８２に跨っている場合、端部におけるテストパターン８３の画素毎の輝度を測定し、その加重平均から中心位置を特定しその画素位置が画素との交点であるとする。図３の例を参照としてその加重平均から中心位置を特定すると、
テストパターン中心の画素ライン位置＝Σ（画素ライン位置×輝度）÷Σ（輝度）
＝（２７３×０＋２３８×３３＋２３９×１００＋２４０×１００＋２４１×３３＋２４２×０）÷（０＋３３＋１００＋１００＋３３＋０）
＝２３９．５（テストパターン中心の画素ライン位置）
（ここでは最も高い画素ラインの輝度を１００とし、他の画素ラインの輝度は最も高いラインの輝度に対する比率で示す。）
となる。
【００２６】
この方法はテストパターンの巾が広い場合だけではなく、焦点が合っていてテストパターンの巾の狭い場合でも、上述の加重平均を求める式でテストパターン中心の画素ライン位置を求めることができる。例えばテストパターンが２３９画素ラインのみと交差している場合には、２３９×１００÷１００＝２３９で２３９画素ラインが中心の位置ラインとなり、テストパターンが２３９画素ラインと２４０画素ラインの中間にある場合には、（２３９×１００＋２４０×１００）÷（１００＋１００）＝２３９．５となり２３９．５画素ラインが中心の位置ラインとなる。またテストパターンが２３９画素ラインと２４０画素ラインに跨っており、それぞれの輝度比が１００：５０の場合は（２３９×１００＋２４０×５０）÷（１００＋５０）＝２３９．３となり２３９．３画素ラインが中心の位置ラインとなる。
【００２７】
投射面に焦点が一致している場合の従来の方法では、テストパターン８３と個々の画素との対応であったので１画素ライン単位で位置が設定されたが、この方法では上述のように１画素ライン以下の単位で位置が設定できるので、テストパターン８３と端部の画素ライン８２との交点をより精密に特定することが可能となる。
【００２８】
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からテストパターン８３における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Ｓ１）、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Ｓ２）、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Ｓ３）、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Ｓ４）、入力映像２８が修正されて液晶表示部２２で出力映像２９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。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図５は本発明の第２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的ブロック構成図である。
【００３０】
第２の実施の形態では、機械の据付の心出しなどにも利用されている加速度検出素子を用いた傾斜センサ（Ｇセンサ）であって、重力の方向に対する傾斜角度を精密に測定し数値データとして出力する垂直方向傾斜センサ５４によって垂直方向の傾斜を取得する以外は、第１の実施の形態と同じ構成と機能であり、詳細な説明を省略する。従って第２の実施の形態では垂直線テストパターン８３ａは投射されず水平線テストパターン８３ｂのみが投射されるので、第１の実施の形態で図２（ｅ）、図３を参照して説明したテストパターン８３の幅が複数の画素に跨っている場合、端部におけるテストパターン８３の画素毎の輝度を測定し、その加重平均から中心位置を特定しその画素位置が画素との交点であるとするテストパターン８３と画素ライン８２との交点の位置決めは、水平線テストパターン８３ｂにのみ適用される。従って第２の実施の形態においても水平線テストパターン８３ｂの焦点を調整することなく、より精密に水平線テストパターン８３ｂと画素ライン８２との傾斜角度を取得できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、デジタルカメラで撮像した撮像画面のテストパターンの基準画素ラインに対する傾斜度を取得する過程において、投射面に対する焦点を調整することなく精密にテストパターンの基準画素ラインに対する傾斜度を取得できるという効果がある。
【００３２】
これは、撮像画面のテストパターンの幅が複数の画素に跨っている場合、画面端部におけるテストパターンの画素ライン毎の輝度を測定し、その加重平均から中心位置を特定しその画素位置が画素との交点であるとすることにより、１画素ライン以下の精度で中心位置を測定できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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的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）は投射面上の映像とテストパターンを示す模式的正面図である。
（ｃ）はプロジェクタの模式的正面図である。
（ｄ）は投射面に焦点が一致している場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
（ｅ）は投射面に焦点が一致していない場合のデジタルカメラの撮像画面の模式図である。
【図３】図２（ｅ）の鎖線で囲むＡ領域の模式的拡大図である。
【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】本発明の第２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的ブロック構成図である。
【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
２６ 投射光軸
２８ 入力映像
２９ 出力映像
３０ 傾斜角度測定装置
４０ テストパターン生成部
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
５４ 垂直方向傾斜センサ
６０ ＣＰＵ
７０ 投射面
７１ 映像
８０ 撮像画面
８２ 画素ライン
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
Ａ 領域
Ｓ１〜Ｓ４ ステップ

Claims (7)

1. 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映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部と、デジタルカメラと、画像解析傾斜角度算定部とを備え、
   前記テストパターン生成部は、前記投影装置から投射レンズの中央を通る水平な直線状のテストパターンを前記投射面に投射し、該投射面のテストパターンを前記投射レンズの上方に離れて配置された前記デジタルカメラの撮像素子で撮像し、前記画像解析傾斜角度算定部が、前記撮像素子の撮像画面からテストパターンの水平方向の両端における各画素ラインとの交差部分の該画素ラインごとの輝度を取得してその加重平均を求め、その重心位置を交差位置として前記テストパターンの両端の差分画素数を取得して前記投影装置の投射光軸と前記投射面との水平方向傾斜角度を生成し、別に取得した垂直方向傾斜角度と併せて、前記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映像の歪を補正する、傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
2. 前記垂直方向傾斜角度の取得が、前記投影装置から投射レンズの中央を通る水平並びに垂直な直線状のテストパターンを前記投射面に投射し、該投射面のテストパターンを前記投射レンズの上方垂直かつ水平方向に離れて配置された前記デジタルカメラの撮像素子で撮像し、前記画像解析傾斜角度算定部が、前記撮像素子の撮像画面からテストパターンの垂直方向の両端における各画素ラインとの交差部分の画素ごとの輝度を取得してその加重平均を求め、その重心位置を交差位置として前記テストパターンの両端の差分画素数を取得して前記投影装置の投射光軸と前記投射面との垂直方向傾斜角度を生成することによって行われる、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。
3. 前記垂直方向傾斜角度の取得が、前記傾斜角度測定装置に設けられた加速度検出素子を用いた垂直方向傾斜センサによって行われる、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。
4. 前記デジタルカメラで撮像された前記テストパターンと基準線との間の傾斜角度の解析は、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することによって行われ、算定された傾斜角度から所定の計算式によって前記投影装置の投射光軸と前記投射面との傾斜角度が算定される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
5. 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画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画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のいずれか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
6. 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のいずれか１項に記載の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタ。
7. 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のいずれか１項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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