JP2005150818A - 歪補正手段を有するコンピュータを備えたプロジェクタシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】歪補正手段を有するコンピュータを備え、プロジェクタにより測定された投射光軸に対するスクリーンの垂直方向および/または水平方向の傾斜角度により低コストで台形の歪を補正することのできるプロジェクタシステムを提供する。
【解決手段】 プロジェクタ10は投影装置20と傾斜角度測定装置30とを有し、パソコン40は歪補正手段を有しており、そのパソコン40は傾斜角度測定装置で算定された投射面と投影装置の投射光軸との垂直方向および/または水平方向の傾斜角度について傾斜角度情報48を取得して、パソコン内部で生成した映像が投射面に投射されたときに投射面と投影装置の投射光軸との垂直方向および/または水平方向の傾斜角度に起因する台形歪を発生しないように歪補正手段によって映像を補正して補正済映像情報49としてプロジェクタに出力する。
【選択図】図1

Description

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投射光軸と投射面との傾斜角度を用いた歪補正手段を有するコンピュータを備えたプロジェクタシステムに関する。
液晶技術やDLP(登録商標)(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、資料撮影装置やパーソナルコンピュータから提供される映像情報の表示装置としてのみならずディスプレイ型テレビに代わる家庭内での大型の表示装置としても注目されている。
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投射光軸と投射面との相対関係によって映像に台形の歪を生ずるという問題点がある。この問題に対応するために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の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(特許文献1参照)。この場合には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、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(特許文献2参照)。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。
一方、プロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの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。このため特に歪みの原因となりやすい垂直方向の傾斜を測定するために、スクリーンが垂直に設置されているという前提でプロジェクタの垂直の傾きを重力センサで検知し、その傾きに見合った歪み補正を行うプロジェクタは既に開示されて発売されている(特許文献3参照)。
また、映像が投影される大型タッチパネルと、プロジェクタと、大型タッチパネルとプロジェクタの相対的な位置関係から生じる投影映像の歪を補正する歪補正変換処理機能を有するパソコンとにより構成される前面投影型タッチパネルシステムが開示されている(特許文献4参照)。
しかし、特許文献3に記載の方法はスクリーンが垂直に設置されているという前提であり、スクリーンが垂直に設置されていない場合やプロジェクタの投射光軸に対し水平方向に傾斜している場合には正確な歪補正を行うことができないという問題がある。また、特許文献4に記載の方法は、大型タッチパネルを用いる必要があり通常のスクリーンや壁を投射面として使用することができない。
さらに、ズーミングの焦点距離によって生ずる樽型や糸巻き型の歪曲収差の補正も行われている。
本発明者は、映像の歪補正のために液晶プロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの垂直方向および水平方向の傾斜角度をレーザポインタと撮像素子を有するデジタルカメラを用いて正確に測定できる傾斜角度測定装置を有する液晶プロジェクタを発明して特願平2003−143501号で出願した。特願平2003−143501号で開示された傾斜角度測定装置はスクリーンに対するプロジェクタの角度を正確に取得する手段としては非常に優れているが、その構成機器に撮像素子を有するデジタルカメラを用いるためにコストが高くなっている。
特開平9−281597号公報 特開2001−169211号公報 特開2003−5278号公報 特開平10−21007号公報
プロジェクタには、原稿台に置かれた資料を撮影してプロジェクタからスクリーンに投影する用途に用いられるものもあり、最近はパーソナルコンピュータと接続してパーソナルコンピュータで作成されて記録されている映像情報をスクリーンに投影することが広く行われている。
この場合も投射面の画像の台形の歪を補正することが望まれるが、画像の再現性や鮮明度の要求の大きい大型の表示装置や家庭内でのテレビに代わる表示装置と違って、台形の歪を補正するために高価な機能を設けることには経済性の問題もあり抵抗がある。
本発明の目的は、歪補正手段を有するコンピュータを備え、プロジェクタにより測定された投射光軸に対するスクリーンの垂直方向および/または水平方向の傾斜角度により、低コストで台形の歪を補正することのできるプロジェクタシステムを提供することにある。
本発明の歪補正手段を有するコンピュータを備えたプロジェクタシステムは、
投射面に投影装置から映像を投射するプロジェクタと、投射すべき映像を生成してプロジェクタに出力するパソコンとを有するプロジェクタシステムであって、プロジェクタは投射面と投射光軸との垂直方向および/または水平方向の傾斜角度についての傾斜角度情報を取得する傾斜角度測定装置を有し、パソコンは傾斜角度に起因して投射面の映像に発生する台形歪を補正するため歪補正手段を有し、歪補正手段は傾斜角度測定装置で算定された傾斜角度情報によって出力映像を補正して補正済映像情報をプロジェクタに出力する。
プロジェクタの傾斜角度測定装置は垂直方向傾斜センサと傾斜角度算定部とを有し、垂直方向傾斜センサが投影装置の重力の方向に対する傾斜角度を測定し、傾斜確度算定部が投射面と投影装置の投射光軸との垂直方向の傾斜角度を傾斜角度情報としてパソコンに出力してもよく、さらに、プロジェクタの投影装置は、その投影装置の投射レンズから均一な高輝度光を投射面に投射する高輝度光出力機能を有し、傾斜角度測定装置は、プロジェクタの壁面に設けられた1個の導光部とプロジェクタの内部に設けられた2個の光強度測定センサと傾斜角度算定部である受光強度解析傾斜角度算定部とを有し、導光部は、水平方向の傾斜角度が求められる投射光軸を含む基準面に対して垂直方向にその投射光軸から所定の間隔をおいてプロジェクタの前壁面に設けられ、光強度測定センサは、プロジェクタ内部に、導光部を通過する高輝度光の投射面からの反射光を受光するように、基準面に平行な面と投射光軸に垂直な面との交線である基準線上に、基準面に対し投射光軸の垂直上方を中心として左右に同じ間隔で配置され、受光強度解析傾斜角度算定部は、2箇所の光強度測定センサの光強度測定結果から、それぞれの光強度と左右の光強度の差とを取得し、予め設定されている2箇所の光強度測定センサのそれぞれの光強度と左右の光強度の差とに対応する基準面上での投射面と投射光軸に垂直な面との傾斜角度との相関関係から、基準面上での投射面と投射光軸に垂直な面との傾斜角度を求めて、垂直方向の傾斜角度と併せて傾斜角度情報としてパソコンに出力してもよい。
本発明は、投射面にプロジェクタから投射された映像の台形の歪を低コストで補正できるという効果がある。
これはプロジェクタが、プロジェクタの投射光軸に対するスクリーンの垂直方向および水平方向の傾斜角度を低コストで測定できる傾斜角度測定装置を有し、映像情報をプロジェクタに出力するコンピュータが、スクリーンの垂直方向および水平方向の傾斜角度に基づいて、出力する映像情報の歪を補正する歪補正手段を映像出力用ソフト内に有し、プロジェクタから入力した傾斜角度情報によって映像情報の歪を補正してプロジェクタに出力するので、高価な映像処理LSIをプロジェクタ内に設ける必要がないからである。
次に、本発明の最良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プロジェクタシステムの模式的ブロック構成図であり、図2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であり(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図であり、図3は投影装置から投射面に投射された均一な高輝度光の反射光の状態を示す模式図であり(a)は投射光軸と投射面との傾斜角度が90°の状態、(b)は第1の傾斜角αの場合、(c)は第1の傾斜角よりも小さい第2の傾斜角βの場合、(d)は投射面に対する光線の入射角度と反射光線の反射角度による光強度の分布であり、図4は横軸を基準線として示した光強度測定センサの位置と、縦軸を光強度測定センサの計測した光強度としたときの左右の光強度差を示す模式図であり、(a)は投射光軸と投射面との傾斜角度が90°の状態、(b)は第1の傾斜角の場合、(c)は第2の傾斜角の場合である。
ここでは、基準面28とは投射光軸27を含み投射光軸27から水平方向に延びる面とし、水平方向の傾斜角度とは基準面28上での投射面70と投射光軸27との傾斜角度とし、垂直方向の傾斜角度とは投射光軸27を含む基準面28に垂直な面上での投射面70と投射光軸27との傾斜角度とする。
また、ここでは導光部をピンホールとして説明するが、後述のように光学レンズであってもよい。
本発明のプロジェクタシステム1は、プロジェクタ10とパソコン40とから構成される。
図1に示されるようにプロジェクタ10は投射レンズ21と表示部22を有する投影装置20と、表示部22に画像を出力する画像出力部23と、傾斜角度測定装置30と、全体の動作を制御する中央処理装置60とを備える。
投影装置20は、パソコン40の画像制御部47から出力部44を経由して出力された歪補正済映像情報49を画像出力部23で受け取って、出力映像を表示部22から投射レンズ21を経由して投射面70に投射する。また、投影装置20は傾斜角度測定時に投射レンズ21から最高輝度の白となるような均一で高輝度な投射光31を映像として投射面70に投射する高輝度光出力機能を有しており、傾斜角度測定装置30はプロジェクタ10の前壁面に設けられたピンホール51と、ピンホール51から入光した投射面70からの高輝度な投射光31の反射光32を受光する左右2個の光強度測定センサ52(52R、52L)と、垂直方向傾斜センサ54と、垂直方向傾斜センサ54で測定された垂直方向の傾斜を取得するとともに、2個の光強度測定センサ52が測定した光強度と光強度差とを解析して投射面70に対する投影装置20の水平方向の傾斜を算出する受光強度解析傾斜角度算定部53とを備え、受光強度解析傾斜角度算定部53は算定した傾斜角度情報を傾斜角度情報48としてパソコン40に出力する。
図2に示すように、ピンホール51は投射光軸27の垂直上方に基準面から所定の距離をおいてプロジェクタ10の前面に設けられ、光強度測定センサ52(52R、52L)はピンホール51を通過する投射面70からの高輝度の投射光31の反射光32を受光するように、プロジェクタ10の内部の基準面28に平行な面と投射光軸27に垂直な面との交線である基準線29上に、基準面28に対し投射光軸27の垂直上方を中心として左右に同じ間隔で配置されている。光強度測定センサ52としては例えばフォトトランジスタが使用される。
垂直方向傾斜センサ54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。
受光強度解析傾斜角度算定部53は、垂直方向傾斜センサ54が検出した垂直方向の傾斜角度を取得するとともに、2箇所の光強度測定センサ52(52R、52L)の光強度測定結果から、それぞれの光強度と左右の光強度の差とを取得し、予め設定されている2箇所の光強度測定センサ52(52R、52L)のそれぞれの光強度と左右の光強度の差とに対応する水平方向の傾斜角度との相関関係から、水平方向の傾斜角度を求める。
プロジェクタ10は液晶プロジェクタでもDLP(登録商標)(デジタルライトプロセッシング)方式のプロジェクタであっても本発明は適用でき、液晶プロジェクタの場合の表示部22は液晶表示部となり、DLP方式のプロジェクタの場合の表示部22はDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)表示部、カラーホイール、光源を備える。
パソコン40は、入力部41、データ処理部42、記憶部43、出力部44を備え、データ処理部42には全体の動作を制御する中央処理装置45、入力部41からの入力および記憶部43に格納された記憶データから入力映像を生成する画像生成部46、および画像生成部46で生成された入力映像をプロジェクタ10の受光強度解析傾斜角度算定部53から入力した傾斜角度情報48によって投射面70への投射時に画像の歪がなくなるように制御を行う画像制御部47を有し、画像制御部47で生成された出力映像は歪補正済映像情報49としてプロジェクタ10の画像出力部23に出力される。
図3(d)の左側に示すように、投射光31の方向と投射面70とが直交していれば入射方向で最も強い反射光32が得られ反射角度に対応して光強度は減少する。図3(d)の右側に示すように、投射光31の方向と投射面70とが傾斜していれば投射面70に対し投射光31と対称な方向で最も強い主反射光33が得られこの方向からの乖離に対応して光強度は減少する。従って光軸27の方向と主反射光33の方向との間の角度が特定できれば、この角度の1/2が基準面28上の光軸27に垂直な面と投射面70と間の傾斜角となる。
従って、図3(a)に示すように投射光軸37が投射面70と直交していれば、基準面28に対し投射光軸27の垂直上方を中心として左右対称に配置されている光強度測定センサ52L、52Rの光強度は同じ値となり、光強度差81は図4(a)に示すように0となる。図3(b)に示すように投射光軸37が投射面70と第1の角度αで交差している場合は、図4(b)に示すような光強度差81を生ずる。図3(c)に示すように投射光軸37が投射面70と第1の角度αよりも少ない第2の角度βで交差し、左の光強度測定センサ52Lに投射面70からの主反射光33が入射しているとすれば、左の光強度測定センサ52Lの光強度が最も強くなり、図4(c)に示すように光強度差81はさらに大きくなる。
このように投射面70に対するプロジェクタ10、即ち投射光軸27の角度が急になるほど、光強度測定センサ52Lと光強度測定センサ52Rの出力の差が大きくなることが分かる。したがってこの差から、予め設定されている所定の計算式による演算、または実験結果から作成された2箇所の光強度測定センサ52(52R、52L)のそれぞれの光強度と左右の光強度の差とに対応する基準面28上での投射面70と投射光軸27に垂直な面との傾斜角度との相関関係を示すテーブルから、基準面28上での投射面70と投射光軸27に垂直な面との傾斜角度を求めることができる。
しかしながらこの機能をもった傾斜角度測定装置30を実際にプロジェクタ10に搭載してみると、周囲の環境の明るさ(明るい部屋、真っ暗な部屋)によって光強度測定センサ52R、光強度測定センサ52Lの出力が変化することがわかる。このため、光強度測定センサ52とは別に周囲の環境の明るさを得るための周囲環境明度測定センサを搭載して補正することが望ましいが、低コストが求められる場合には多少精度は落ちるが周囲環境明度測定センサによる補正を行わなくても特に支障はない。
図5は2個の光強度測定センサ52の光強度差81から生成した水平方向傾斜角度と垂直方向傾斜センサ54で検出した垂直方向傾斜角度とから表示部22の出力映像を修正する過程を示す模式的流れ図である。受光強度解析傾斜角度算定部53が、2点の光強度測定センサ52の光強度から2点の光強度差を生成し(ステップS1)、2点の光強度差から演算またはテーブル参照により投影装置20の光軸27と投射面70との水平方向傾斜角度を生成し(ステップS2)、垂直方向傾斜センサ54から垂直方向傾斜角度を取得し(ステップS3)、水平方向傾斜角度と垂直方向傾斜角度とを傾斜角度情報48としてパソコン40に送信し、パソコン40の画像制御部47は映像制御パラメータを生成し(ステップS4)、画像生成部46で生成した入力映像24を補正し(ステップS5)、入力映像24が修正されて出力映像25となり、出力映像25は歪補正済映像情報49としてプロジェクタ10の画像出力部23に送信され、画像出力部23から投影装置20の表示部22に送られる。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。この方法は投射面70が均一な明るさで照射されていることが望ましいが、実際には中心部ほど明るく照射される傾向にあるので、その分の補正も含めてステップS3では演算による角度算出よりもテーブルによる角度算出が望ましい。
これまでの説明では水平方向と垂直方向の傾斜を用いて入力映像の補正を行っていたが、一般には垂直方向の傾斜の影響による台形歪の方が大きいので、垂直方向傾斜センサ54で計測した垂直方向の傾斜のみで入力映像24の修正を行っても台形歪の相当部分を修正することができ、コストもそれだけ低減する。
この実施の形態では傾斜角度測定を、垂直方向傾斜センサ54と2個の光強度測定センサによる投射面70からの高輝度の投射光31の反射光32を受光する形態で説明したが、これに限定されるものではなく、低コストで傾斜角度が測定できれば本発明の目的が達成でき、例えばプロジェクタ内部の左右の発光素子から1個の投光用レンズで投射面に投射した投射光の反射光を投光用レンズの上方に設けられた1個の受光用レンズを経由して発光素子の上方に垂直方向に配置された2個の1次元配列撮像素子で受光し、左右の受光位置の関係から水平方向の傾斜を算定するような形態であってもコストは増加するが適用できる。
また、ここでは導光部をピンホールとして説明したが、光学レンズであっても同様の測定を行うことができる。図6は導光部として凸レンズ56を使用した場合の投射面70からの反射光32の光強度測定センサ52への入光状態を示す模式図である。凸レンズ56を使用した場合においても、投射面70からの反射光32はピンホール51を使用した場合の投射面70からの反射光32と同じに光強度測定センサ52に入力する。
本発明の実施の形態のプロジェクタシステムの模式的ブロック構成図である。 本発明の実施例の傾斜角度測定装置を有するプロジェクタの模式図である。(a)は正面図である。(b)は側面図である。(c)は上面図である。 投影装置から投射面に投射された均一な高輝度光の反射光の状態を示す模式図である。(a)は投射光軸と投射面との傾斜角度が90°の状態である。(b)は第1の傾斜角の場合である。(c)は第1の傾斜角よりも小さい第2の傾斜角の場合である。(d)は投射面に対する光線の入射角度と反射光線の反射角度による光強度の分布である。 横軸を基準線として示した光強度測定センサの位置と、縦軸を光強度測定センサの計測した光強度としたときの左右の光強度差を示す模式図である。(a)は投射光軸と投射面との傾斜角度が90°の状態である。(b)は第1の傾斜角の場合である。(c)は第2の傾斜角の場合である。 2個の光強度測定センサの光強度差から生成した水平方向傾斜角度と垂直方向傾斜センサで検出した垂直方向傾斜角度から表示部の出力映像を修正する過程を示す模式的流れ図である。 導光部として凸レンズを使用した場合の投射面からの反射光の光強度測定センサへの入光状態を示す模式図である。
符号の説明
1 プロジェクタシステム
10 プロジェクタ
20 投影装置
21 投射レンズ
22 表示部
23 画像出力部
24 入力映像
25 出力映像
27 投射光軸
28 基準面
29 基準線
30 傾斜角度測定装置
31 投射光
32 反射光
33 主反射光
40 パソコン
41 入力部
42 データ処理部
43 記憶部
44 出力部
45、60 中央処理装置
46 画像生成部
47 画像制御部
48 傾斜角度情報
49 歪補正済映像情報
51 ピンホール
52、52L、52R 光強度測定センサ
53 受光強度解析傾斜角度算定部
54 垂直方向傾斜センサ
56 凸レンズ
70 投射面
81 光強度差
S1〜S5 ステップ




Claims (8)

  1. 投射面に投影装置から映像を投射するプロジェクタと、投射すべき映像を生成して前記プロジェクタに出力するパソコンとを有するプロジェクタシステムであって、
    前記プロジェクタは前記投射面と投射光軸との垂直方向および/または水平方向の傾斜角度についての傾斜角度情報を取得する傾斜角度測定装置を有し、前記パソコンは前記傾斜角度に起因して前記投射面の映像に発生する台形歪を補正するため歪補正手段を有し、該歪補正手段は前記傾斜角度測定装置で算定された傾斜角度情報によって出力映像を補正して補正済映像情報を前記プロジェクタに出力する、歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  2. 前記プロジェクタの前記傾斜角度測定装置は垂直方向傾斜センサと傾斜角度算定部を有し、前記垂直方向傾斜センサが前記投影装置の重力の方向に対する傾斜角度を測定し、前記傾斜確度算定部が前記投射面と前記投影装置の投射光軸との垂直方向の傾斜角度を傾斜角度情報として前記パソコンに出力する、請求項1に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  3. さらに、前記プロジェクタの前記投影装置は、該投影装置の投射レンズから均一な高輝度光を前記投射面に投射する高輝度光出力機能を有し、前記傾斜角度測定装置は、前記プロジェクタの壁面に設けられた1個の導光部と前記プロジェクタの内部に設けられた2個の光強度測定センサと前記傾斜角度算定部として受光強度解析傾斜角度算定部とを有し、
    前記導光部は、水平方向の前記傾斜角度が求められる前記投射光軸を含む基準面に対して該投射光軸から垂直方向に所定の間隔をおいて前記プロジェクタの前壁面に設けられ、
    前記光強度測定センサは、前記プロジェクタ内部に、前記導光部を通過する前記高輝度光の前記投射面からの反射光を受光するように、前記基準面に平行な面と前記投射光軸に垂直な面との交線である基準線上に、前記基準面に対し前記投射光軸の垂直上方を中心として左右に同じ間隔で配置され、
    前記受光強度解析傾斜角度算定部は、2箇所の前記光強度測定センサの光強度測定結果から、それぞれの光強度と左右の光強度の差とを取得し、予め設定されている2箇所の前記光強度測定センサのそれぞれの光強度と左右の光強度の差とに対応する前記基準面上での前記投射面と前記投射光軸に垂直な面との傾斜角度との相関関係から、前記基準面上での前記投射面と前記投射光軸に垂直な面との傾斜角度を求めて、垂直方向の前記傾斜角度と併せて傾斜角度情報として前記パソコンに出力する、請求項2に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  4. 前記導光部が前記プロジェクタの壁面に設けられたピンホールである、請求項3に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  5. 前記導光部が前記プロジェクタの壁面に設けられた光学レンズである、請求項3に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  6. 前記光強度測定センサがフォトトランジスタである、請求項3に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  7. 前記投影装置は液晶表示部を有する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
  8. 前記投影装置はDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)表示部とカラーホイールと光源とを有する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の歪補正手段を有するパソコンを備えたプロジェクタシステム。
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