JP2005051577A - プロジェクタ及びプロジェクタの投影像補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影像の投影位置を修正する場合に、操作性が向上するような投影像の補正を行う。
【解決手段】プロジェクタ１が備える台形補正部は、傾斜角度ｖ，ｈに従って、補正前の四角形ｐｑｒｓの内側に、補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’を配置する。この場合、台形補正部は、光軸とスクリーン３１の面との交点である光軸点ｋを含む垂直線に対して四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’が線対称になり、かつ、四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の下辺の一部または全部が四角形ｐｑｒｓの下辺の一部または全部に接触又は近接するように補正を行う。また、台形補正部は、面積が最大になるように四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の大きさを設定する。そして、台形補正部は、入力映像情報を、補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’に時間連続的に射影変換する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プロジェクタ及びプロジェクタの投影像補正方法に関する。

プロジェクタ（投写装置）は、スクリーン上に映像を表示させるための装置である。このプロジェクタの光軸がスクリーン面に対して傾いていると、スクリーン面に結像した映像に歪みが生じる。このため、プロジェクタは、光軸がスクリーン面に対して傾いていても、歪みのない映像がスクリーン面に表示されるように、光軸のスクリーン面に対する傾斜角度に従って映像の歪み補正を行う台形補正部を備えている（例えば、特許文献１参照）。

従来のプロジェクタの台形補正部は、台形補正前の投影枠としての四角形の内側に、台形補正後の四角形を設定し、入力映像情報をその補正後の四角形に時間連続的に射影変換することにより、映像情報の補正を実現している。
特開２００１−３３９６７１号公報（第３頁、図１）

しかし、補正後四角形の位置が、光軸点を通る垂直線に対して適切でないと、プロジェクタの投影光の投影位置が正しい位置になるように、手動で投影像の投影位置を修正する場合、プロジェクタの傾斜角度を垂直方向と水平方向とで変更する必要がある。また、傾斜角度を修正すると補正後四角形の大きさも変わり、補正後四角形の大きさを調整しながら傾斜角度を調整する必要がある。このため、投影像の投影位置を修正する際の操作性が低下する。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、投影像の投影位置を修正する場合に、操作性の向上が可能となるプロジェクタ及びプロジェクタの投影像補正方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るプロジェクタは、
供給された映像情報に従って、投影光をスクリーン面に投射して、前記スクリーン面に投影像を結像させるプロジェクタにおいて、
前記投影像を投影光に変換して前記スクリーン面に投射する投影部と、
前記スクリーン面に結像した投影像の歪みを、前記投影光の光軸の前記スクリーン面に対する傾斜角度に基づいて補正して、前記投影部に供給する補正部と、
を備え、
前記補正部は、
前記投影像を矩形として、補正前の前記投影像内に補正後の前記投影像が配置され、配置された補正後の前記投影像が、前記投影光の光軸と前記スクリーン面との交点を通って地平面に垂直な垂直線に対して線対称であり、かつ、補正後の前記投影像の下辺の少なくとも一部が、補正前の前記投影像の下辺の少なくとも一部と接触又は近接するように、前記傾斜角度に基づいて補正前の前記投影像を補正する補正手段を備えたものである。

前記補正手段は、前記投影光の光軸が前記スクリーン面と垂直に交わる角度を基準角度として、前記スクリーン面に対して前記光軸を傾斜させた場合の前記基準角度からの変更角度を前記傾斜角度として、補正前の前記投影像を補正するように構成されたものであってもよい。

前記補正手段は、補正後の前記投影像の面積が最大となるように、補正前の前記投影像内に補正後の前記投影像を配置するように構成されたものであってもよい。

前記補正手段は、前記傾斜角度と補正前の前記投影像と補正後の前記投影像との関係を示す関係情報を予め記憶する記憶部を備え、前記関係情報を参照し、供給された傾斜角度に従って、補正前の前記投影像が補正後の前記投影像に変換されるように、補正前の前記投影像を補正するものであってもよい。

前記補正部は、
前記補正手段を第１の補正手段として、前記第１の補正手段に加え、互いに異なる補正方法に従って補正前の前記投影像を補正する複数の補正手段を備え、前記複数の補正手段のうちから、前記第１の補正手段を選択して、前記投影像の補正を行うように構成されたものであってもよい。

本発明の第２の観点に係るプロジェクタの投影像補正方法は、
プロジェクタが投射する投影光の光軸のスクリーン面に対する傾斜角度が供給されて、補正前の矩形の投影像内に配置された補正後の矩形の投影像が、前記投影光の光軸と前記スクリーン面との交点を通って地平面に垂直な垂直線に対して線対称であり、かつ、補正後の前記投影像の下辺の少なくとも一部が、補正前の前記投影像の下辺の少なくとも一部と接触又は近接するように、前記傾斜角度に基づいて補正前の前記投影像を補正するステップと、
供給された映像情報に従って、補正された投影像に光を投射して、前記スクリーン面に投影像を結像させるステップと、を備えたものである。

本発明によれば、投影像の投影位置を修正する際の操作性が向上する。

以下、本発明の実施の形態に係るプロジェクタを図面を参照して説明する。
本実施の形態に係るプロジェクタの構成を図１に示す。
本実施の形態に係るプロジェクタは、スケーラ１１と、台形補正部１２と、投影光変換部１３と、投影レンズ１４と、光学メカ部１５と、スクリーン角度センサ部１６と、を備えて構成される。

スケーラ１１は、映像信号の解像度を調整するものである。
台形補正部１２は、スケーラ１１が解像度を補正した映像信号に対して、台形補正を行うものである。

台形補正部１２は、スクリーン角度センサ部１６から供給されたプロジェクタ１の傾斜角度ｖ，ｈに基づいて、スクリーン３１に投影された投影像から、補正後の投影像を切り出し、時間連続的に映像信号を射影変換することにより、台形補正を行う。

図２に示すように、プロジェクタ１の傾斜角度ｖは、地平面に対し、プロジェクタ１の垂直方向の角度であり、また、傾斜角度ｈは、スクリーン面に対するプロジェクタ１の水平方向の角度（方向）である。

尚、スクリーン３１は、地平面に対して垂直であるものとする。スクリーン３１が地平面に対して垂直であれば、傾斜角度ｖ，ｈは、スクリーン３１の面に対する光軸の傾斜角度になる。そして、傾斜角度ｖ，ｈは、前記投影光の光軸が前記スクリーンと垂直に交わる角度を基準角度として、前記スクリーンに対して前記光軸を傾斜させた場合の前記基準角度からの変更角度になる。

図２において、四角形ｐｑｒｓは、スクリーン３１に投影像が投影される投影枠として、補正前の四角形を示す。また、四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’は、補正後の四角形を示す。

台形補正部１２は、台形補正前の四角形ｐｑｒｓの内側に、台形補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’を設定し、入力映像情報を、その補正後の四角形ｐｑｒｓに時間連続的に射影変換することにより、台形補正を行う。

点ｏはｖ＝ｈ＝０のときのプロジェクタ１の光軸とスクリーン３１との交点であり、このとき光軸はスクリーン３１の法線になる。点ｔは、傾斜角度ｖ＝０として、傾斜角ｈ（ｈ≠０）だけ、プロジェクタ１を傾けた場合のプロジェクタ１の光軸とスクリーン３１との交点である。

点ｋは、さらにプロジェクタ１を垂直角度ｖ（ｖ≠０）だけ傾けた場合のプロジェクタ１の光軸とスクリーン３１との交点である。点ｋは、スクリーン３１上の点ｔの垂直線上の真上に位置する。補正前四角形ｐｑｒｓの対角線の交点ｘは、点ｋのさらに垂直線上の真上に位置する。

また、台形補正部１２は、四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’が点ｋを含む垂直線Ｌvに対して線対称になり、かつ、四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の下辺の一部または全部が四角形ｐｑｒｓの下辺の一部または全部に接触するような補正を行う補正手段を備える。

また、台形補正部１２は、四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’が、上記の条件を満たしつつ、四角形ｐｑｒｓ内において面積が最大になるように台形補正を行う。

図３に、台形補正部１２がこのような台形補正を行う場合の傾斜角度ｖ，ｈと、補正前の四角形ｐｑｒｓと、補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’と、の関係を示す。
図３に示すように、投影光の光軸がスクリーン３１の面と垂直に交わる角度を傾斜角度ｖ，ｈに対する基準角度として、傾斜角度ｖ＝０でｈ≠０のときと、ｈ＝０でｖ≠０のときとで、点ｋは、いずれも四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の下辺の中央に一致する。

尚、図３は以下の条件で作図されている。補正前の四角形ｐｑｒｓと補正後四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’との組が、それぞれ独立に２５個描かれる。プロジェクタ１の光軸とスクリーン３１の交点を光軸点ｋとし、小さな円で示す。全ての組は、上記光軸点ｋとプロジェクタ１との距離が一定になるように描かれる。傾斜角度ｖ、ｈの単位は度である。光学系は、映像情報のアスペクト比を４対３、光軸位置を映像情報の下辺中央に一致させ、横幅全画角は４０度とされる。

尚、四角形ｐｑｒｓの形状は、傾斜角度ｖ，ｈに基づいて決定される。また、補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’も、上記条件に従って決定される。このため、台形補正部１２は、傾斜角度ｖ，ｈと補正前の四角形ｐｑｒｓと補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’との関係を示す変換テーブルを用いてこのような補正を行うことができる。この場合、台形補正部１２は、この変換テーブルを記憶するメモリを備える。

但し、このような変換テーブルを用いずに、台形補正部１２は、傾斜角度ｖ，ｈに基づいて、補正前の四角形ｐｑｒｓと補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’とを算出するように構成されることもできる。また、プロジェクタ１に、実際にスクリーン３１に投影された四角形ｐｑｒｓを検出するセンサを設けることもできる。

また、プロジェクタ１は、ユーザがスクリーン３１に対するプロジェクタ１の傾斜角度を手動で操作するための操作部を備える（図示せず）。この操作部には、傾斜角度ｖ，ｈを手動で操作するアップダウンキーのような操作キーが備えられている。ユーザが、傾斜角度を修正するため、この操作キーを操作すると、操作部は、この操作に応答し、この操作情報を台形補正部１２に供給する。台形補正部１２は、操作情報に従い、ユーザによって入力された傾斜角度ｖ，ｈに基づいて上記補正を行う。

投影光変換部１３は、台形補正部１２の出力である補正後映像信号を投影光に変換するものである。
投影レンズ１４は、補正後映像信号から投影光変換部１３によって変換された投影光を、スクリーン３１の面に結像させるためのものである。
光学メカ部１５は、投影レンズ１４のフォーカス制御等を行うものである。

スクリーン角度センサ部１６は、プロジェクタ１が投射する光の光軸に対するスクリーン３１の面の傾斜角度ｖ，ｈを検出するものであり、測距センサ２１と、制御部２２と、角度演算部２３と、を備える。

測距センサ２１は、スクリーン３１上の複数の測距点との距離を計測し、計測した結果の測距データを出力するものである。尚、測距センサ２１は、スクリーン３１上の複数の測距点として、少なくとも３つの測距点を測れるものであればよい。また、測距センサ２１は、アクティブ式のものであってもよいし、パッシブ式のものであってもよい。

制御部２２は、プロジェクタ１とスクリーン３１上の複数の点との距離を計測するように、測距センサ２１を制御するものである。尚、制御部２２は、測距センサ２１がアクティブ式の場合、測距するときにスクリーン３１上に赤外スポット光を投影する。また、測距センサ２１がパッシブ式の場合、測距するときにスクリーン３１上に所定の画像パタンを投影する。

角度演算部２３は、測距センサ２１が計測したスクリーン３１上の複数の測距点までの測距データに基づいて、スクリーン３１の傾斜角度ｖ，ｈを求めるものである。この角度演算部２３は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はコンピュータによって構成される。

次に本実施の形態に係るプロジェクタ１の動作を説明する。
スケーラ１１は、入力された映像信号の解像度を調整し、この映像信号を台形補正部１２に供給する。

スクリーン角度センサ部１６の測距センサ２１は、制御部２２によって制御されて、スクリーン３１の複数の測距点までの距離を計測する。測距センサ２１は、距離を計測した結果の測距データを角度演算部２３に供給する。

角度演算部２３は、測距センサ２１が計測した測距データに基づいて、プロジェクタ１の傾斜角度ｖ，ｈを求める。角度演算部２３は、求めた傾斜角度ｖ，ｈを台形補正部１２に供給する。

台形補正部１２は、供給された傾斜角度ｖ，ｈに基づいてスケーラ１１から供給された映像信号の台形補正を行う。
台形補正部１２は、図３に示すように、光軸点ｋを含む垂直線Ｌvに対して、補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’が線対称になり、かつ、四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の下辺の一部または全部が、補正前の四角形ｐｑｒｓの下辺の一部または全部に接触するように台形補正を行う。また、台形補正部１２は、この条件を満たしつつ、最大の面積になるように四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の位置を設定する。
そして、台形補正部１２は、補正した四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’に、入力映像情報を射影変換する。

投影光変換部１３は、台形補正部１２から出力された映像信号を投影光に変換する。
プロジェクタ１は、この投影光を、光学メカ部１５によってフォーカス制御された投影レンズ１４を介してスクリーン３１上に投射すると、補正後の四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’が投影される。

台形補正部１２がこのような台形補正を行うことにより、補正後四角形の位置は、プロジェクタ１の水平角度ｈに見合った位置になる。即ち、傾斜角度ｖ，ｈに関わらず、補正後四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’は、光軸点を通る垂直線Ｌvに対して線対称になる。そして、垂直方向の傾斜角度ｖ＝０，水平方向の傾斜角度ｈ≠０のときと、ｈ＝０、ｖ≠０のときとで、光軸点ｋが補正後四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’の下辺中央に一致する。また、ｖ＝０でｈ≠０の場合に、補正後四角形ｐ’ｑ’ｒ’ｓ’を、できるだけ大きくすることができる。

また、ユーザが投影像の投影位置を手動で修正することもでき、この場合、ユーザは、プロジェクタ１に備えられた図示しない操作部の操作キーを操作して、傾斜角度ｖ，ｈを入力する。操作部は、この操作に応答し、入力された傾斜角度ｈ、ｖを台形補正部１２に供給する。台形補正部１２は、測距によらずに、ユーザが入力した傾斜角度ｈ，ｖに基づいて上記台形補正を行う。このため、プロジェクタ１の投影像は、少ない操作回数で補正されることになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、台形補正部１２は、光軸点ｋを含む垂直線に対して補正後四角形が線対称になり、かつ、補正後四角形の下辺の一部または全部が補正前四角形の下辺の一部または全部に接触するように台形補正を行い、補正後四角形を設定する。また、台形補正部１２は、この条件を満たしつつ、最大の面積になるように補正後四角形の補正前四角形内での位置を設定する。

従って、補正後四角形は、垂直線に対し線対称になるため、補正後四角形をできるだけ大きくすることができ、ユーザがスクリーン３１に対するプロジェクタ１の傾斜角度を手動により入力して少ない操作回数で投影像の補正を行うことができ、操作性が向上する。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。

光軸点ｋは、必ずしも映像情報（補正前四角形）の下辺に位置するとは限らない。図４に示すように、光軸点ｋは、映像情報（補正前四角形）の下辺よりも上にあったり、下にあったりする場合もある。この場合でも、補正後四角形は、同じように、光軸点ｋを含む垂直線Ｌｖに対して線対称になり、かつ、補正後四角形の下辺の一部または全部が補正前四角形の下辺の一部または全部に接触するように設定される。ただし、ｖ＝０でｈ≠０のとき、光軸点は補正後の四角形の下辺中央に一致しない。

一般に、フロントタイプのプロジェクタ１の光学系は、左右対称、上下非対称に設計される。このとき光軸は映像情報の下辺中央付近になる。補正後四角形を、このように補正前四角形の下辺寄りにすることにより、光軸点位置と表示位置（補正後四角形の位置）とのずれを最小にすることが出来、この場合でも操作は容易になる。

また、補正後四角形の下辺を補正前の前記投影像の下辺と接触させずに、補正前四角形の下辺寄りに近接させることもできる。この場合、補正後四角形の下辺、特に角（かど）と補正前四角形の下辺とが近接する距離は、できるだけ短く設定される。

次に、台形補正部１２は、上記のような台形補正の方法に加え、互いに異なる補正方法に従って補正前の前記投影像を補正する複数の補正手段を備え、前記複数の補正方法のうちから、上記実施の形態で説明した補正方法を選択して、前記投影像の補正を行うように構成されることもできる。
例えば、上記実施の形態で説明した補正方法とは異なる補正方法としては、補正前四角形と補正後四角形の位置関係が図５〜図７に示すような関係になるような方法がある。

図５に示す補正方法は、補正前四角形の画像の中心と補正後四角形の画像の中心が一致するような補正方法である。画像の中心は四角形の対角線の交点になる。

図６に示す補正方法は、補正前四角形の画素密度の高い方に補正後四角形を寄せる補正方法である。

図７に示す補正方法は、逆に補正前四角形の画素密度の低い方に補正後四角形を寄せる補正方法である。ただし、いずれにしても、出来るだけ表示される面積が大きくなるような補正後の四角形が選択される。

図５〜７に示す補正方法は、それぞれ、短所はあるものの、長所もある。例えば、図５に示す方法では、常に四角形の中心が一致し、図６に示す方法では、画素の利用率が一番高くなり、図７に示す方法では、投影面積が一番大きくなる。台形補正部１２は、傾斜角度ｖ，ｈに基づいて、図５〜７に示すような補正を行うための変換テーブルをメモリに記憶する。そして、台形補正部１２は、通常は、上記実施の形態で説明した方法を用い、状況によっては、図５〜図７に示す補正方法を選択して、変換テーブルを用いて台形補正を行う。このように構成されれば、操作性はさらに向上し、かつ、適正な台形補正を行うことができる。

本発明の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。 図１の台形補正部が行う台形補正の説明図である。 図１の台形補正部が台形補正を行うときの傾斜角度、補正前四角形、補正後四角形の関係を示す説明図である。 図１の台形補正部が台形補正を行うときの応用例を示すものであって、光軸点が補正前四角形の下辺に一致しない場合の台形補正の傾斜角度、補正前四角形、補正後四角形の関係を示す説明図である。 図１の台形補正部が行う台形補正の応用例を示すものであって、補正後四角形と補正前四角形との中心点を一致させる台形補正の場合の傾斜角度、補正前四角形、補正後四角形の関係を示す説明図である。 図１の台形補正部が行う台形補正の応用例を示すものであって、補正後四角形を補正前四角形の画素密度が高い方へ位置させる台形補正の場合の傾斜角度、補正前四角形、補正後四角形の関係を示す説明図である。 図１の台形補正部が行う台形補正の応用例を示すものであって、補正後四角形を補正前四角形の画素密度が低い方へ位置させる台形補正の場合の傾斜角度、補正前四角形、補正後四角形の関係を示す説明図である。

符号の説明

１・・・プロジェクタ、１２・・・台形補正部、１３・・・投影光変換部、１４・・・投影レンズ、１５・・・光学メカ部、１６・・・スクリーン角度センサ部、２１・・・測距センサ、２２・・・制御部、２３・・・角度演算部、３１・・・スクリーン

Claims (6)

1. 供給された映像情報に従って、投影光をスクリーン面に投射して、前記スクリーン面に投影像を結像させるプロジェクタにおいて、
   前記投影像を投影光に変換して前記スクリーン面に投射する投影部と、
   前記スクリーン面に結像した投影像の歪みを、前記投影光の光軸の前記スクリーン面に対する傾斜角度に基づいて補正して、前記投影部に供給する補正部と、
   を備え、
   前記補正部は、
   前記投影像を矩形として、補正前の前記投影像内に補正後の前記投影像が配置され、配置された補正後の前記投影像が、前記投影光の光軸と前記スクリーン面との交点を通って地平面に垂直な垂直線に対して線対称であり、かつ、補正後の前記投影像の下辺の少なくとも一部が、補正前の前記投影像の下辺の少なくとも一部と接触又は近接するように、前記傾斜角度に基づいて補正前の前記投影像を補正する補正手段を備えた、
   ことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記補正手段は、前記投影光の光軸が前記スクリーン面と垂直に交わる角度を基準角度として、前記スクリーン面に対して前記光軸を傾斜させた場合の前記基準角度からの変更角度を前記傾斜角度として、補正前の前記投影像を補正するように構成されたものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記補正手段は、補正後の前記投影像の面積が最大となるように、補正前の前記投影像内に補正後の前記投影像を配置するように構成された、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
4. 前記補正手段は、前記傾斜角度と補正前の前記投影像と補正後の前記投影像との関係を示す関係情報を予め記憶する記憶部を備え、前記関係情報を参照し、供給された傾斜角度に従って、補正前の前記投影像が補正後の前記投影像に変換されるように、補正前の前記投影像を補正するものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記補正部は、
   前記補正手段を第１の補正手段として、前記第１の補正手段に加え、互いに異なる補正方法に従って補正前の前記投影像を補正する複数の補正手段を備え、前記複数の補正手段のうちから、前記第１の補正手段を選択して、前記投影像の補正を行うように構成されたものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. プロジェクタが投射する投影光の光軸のスクリーン面に対する傾斜角度が供給されて、補正前の矩形の投影像内に配置された補正後の矩形の投影像が、前記投影光の光軸と前記スクリーン面との交点を通って地平面に垂直な垂直線に対して線対称であり、かつ、補正後の前記投影像の下辺の少なくとも一部が、補正前の前記投影像の下辺の少なくとも一部と接触又は近接するように、前記傾斜角度に基づいて補正前の前記投影像を補正するステップと、
   供給された映像情報に従って、補正された投影像に光を投射して、前記スクリーン面に投影像を結像させるステップと、を備えた、
   ことを特徴とするプロジェクタの投影像補正方法。

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