JP2005165122A - 障害物検知装置を備えたプロジェクタと障害物検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】障害物がスクリーンとプロジェクタの間のどの位置にあっても確実に障害物の存在を検出できる障害物検知装置を備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】投影装置２０からスクリーン７０に投影されるテストパターンの映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように、素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない分割数で分割する、複数の水平線が設けられている第１のテストパターンと第２のテストパターンの両方を用いてテストパターンをスクリーン７０に投射し、プロジェクタ１０の筐体前面の投射レンズ２１の垂直上方に設けられた受光レンズ３１を経由して固体撮像素子３２で受光した２種類のテストパターンの撮像画像を撮像画像解析部３３で解析して障害物の有無を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明はプロジェクタに関し、特に障害物検知装置を備えたプロジェクタと障害物検知方法に関する。

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、映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、また投射画面の大型化も進んでいる。

投射距離が伸び投射画面が大きくなるとプロジェクタとスクリーンとの間の投射範囲に人間などの障害物が入り込むことが生ずる。投射中に障害物が入った場合は画面に障害物の影が生ずるので除くことが容易であるが、投射前に障害物が存在する場合は気がつかずに投射を行ってしまうことが生ずる。この場合に障害物が人間で顔がプロジェクタ側を向いていた場合にプロジェクタからの投射光が直接目に入るおそれがあり、最近のプロジェクタの高輝度化に伴ってその場合に目に障害を与えるといった問題が大きくなっている。

投射範囲内の障害物を避けて投射するプロジェクタとしては、例えばレンズ覗き見防止用などとして投射レンズの近傍に超音波センサなどに代表される障害物検出器を設けることが一般的であった（特許文献１参照）。しかし、人がスクリーンの近くに立つなどプロジェクタから離れている場合には、比較的検出距離の短い障害物検知器の検出範囲外に出てしまって検出ができなくなり、人間に向けて投射してしまうことが生ずる。
実開平３−９４８８８号公報

人がスクリーンの近くに立つなどプロジェクタから離れている場合にも、障害物として検知できる方法として、プロジェクタの投射レンズからスクリーンに対し複数の水平線をテストパターンとして投射し、プロジェクタの筐体面に投射レンズから垂直方向に離れて設けられた受光部を経由してスクリーンのテストパターンの映像を固体撮像素子で撮像し、撮像した画像を処理してテストパターンの変化により障害物を検知する方法が開発されている。

図６は、従来例における、プロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図であり、（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図、（ｂ）は障害物のない状態、（ｃ）は障害物がスクリーン近くにある場合、（ｄ）は障害物が特定の位置にある場合である。

障害物のない場合は図６（ｂ）のように、テストパターン６１の複数の水平線６２はすべて連続した直線として撮像されている。障害物８０ｃが図６（ａ）にしめされるような位置にあり、かつ受光面が光を反射する平面である場合は、固体撮像素子３２の受光レンズ３１が投射レンズ２１から垂直方向に離れて設けられているので、固体撮像素子３２の撮像画面では、障害物８０ｃ上のテストパターン６１の水平線６４の位置は同じテストパターン６１のスクリーン７０上の水平線６２の位置よりも下側に表示される。従って固体撮像素子３２の撮像画面を解析してテストパターン６１の水平線６２の連続性を検証すれば障害物８０の有無が判別できる。障害物８０の受光面が光を吸収する面であったり平面でかったりする場合には障害物上のテストパターンは直線ではなく輝度も変化するが、スクリーン７０上のテストパターン６１の水平線６２の連続性は失われるので障害物８０の存在が判別できる。

しかし、障害物８０が図６（ａ）に示される障害物８０ｄのような特定の位置にあり、かつ受光面が光を反射する平面である場合は、固体撮像素子３２の受光レンズ３１が投射レンズ２１から垂直方向に離れて設けられているので、固体撮像素子３２の撮像画面では、障害物８０ｄ上のテストパターン６３の水平線６４の位置は同じ水平線６４のスクリーン７０上の水平線６２の位置よりも下側に表示されるが、この特定の障害物の位置ではテストパターン６１の下側の水平線６２のスクリーン７０上の位置と一致する。従って固体撮像素子３２の撮像画面を解析してテストパターン６１の水平線６２の連続性を確認しても、図６（ｄ）に示すように水平線６２の連続性が多くの部分で維持されており障害物が判別されない場合がある。

本発明の目的は、障害物がスクリーンとプロジェクタの間のどの位置にあっても確実に障害物の存在を検出できる障害物検知装置を備えたプロジェクタと障害物検知方法を提供することにある。

本発明の障害物検知装置を備えたプロジェクタは、
投射レンズを介してスクリーンに映像を投射する投影装置と、投射レンズとスクリーンとの間に存在する障害物を検知する障害物検知装置とを備えたプロジェクタである。投影装置は、映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように分割する複数の水平線が設けられている２種類のテストパターンであって、それぞれの分割数は素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない２種類のテストパターンを形成して順にスクリーン上に投射するテストパターン形成投射手段を有し、障害物検知装置は、プロジェクタの筐体前面の投射レンズの垂直上方に設けられた受光レンズと、スクリーン上に投射されたテストパターンの映像を受光レンズを経由して受光する固体撮像素子と、その固体撮像素子のテストパターンの撮像画像から障害物の有無を検知する撮像画像解析部と、を備えることを特徴とする。

撮像画像解析部は、固体撮像素子のテストパターンの撮像画像の２種類のテストパターンの水平線を解析し、いずれにも中断した水平線がない場合に障害物がないと判定する撮像画像解析部であってもよい。

２種類のテストパターンは、第１のテストパターンが映像の縦方向の長さを５本の水平線で６個の同じ長さに分割され、第２のテストパターンが映像の縦方向の長さを６本の水平線で７個の同じ長さに分割されていてもよく、撮像画像解析部は、障害物があると判定された時には障害物情報を出力する障害物情報出力手段を有してもよく、テストパターン形成投射手段は、テストパターンを不可視光で出射可能なテストパターン形成投射手段であり、障害物検知装置は不可視光を検知できる障害物検知装置であってもよい。

本発明の障害物検知方法は、
投射レンズを介してスクリーンに映像を投射する投影装置と、投射レンズとスクリーンとの間に存在する障害物を検知する障害物検知装置とを備え、その障害物検知装置は、プロジェクタの筐体前面の投射レンズの垂直上方に設けられた受光レンズと、スクリーン上のテストパターンの映像を受光レンズを経由して受光する固体撮像素子と、その固体撮像素子のテストパターンの撮像画像から障害物の有無を検知する撮像画像解析部とを備えたプロジェクタにおける障害物検知方法である。投影装置は、映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように分割する水平線が複数設けられている２種類のテストパターンであって、それぞれの分割数は素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない２種類のテストパターンを順にスクリーンに投射し、テストパターンの映像を固体撮像素子で受光し、撮像画像解析部で固体撮像素子で撮影した撮像画像の２種類のテストパターンの水平線を解析し、いずれにも中断した水平線がない場合に障害物がないと判定することを特徴とする。

本発明の障害物検知装置を備えたプロジェクタは、障害物がスクリーンとプロジェクタの間のどの位置にあっても確実に障害物の存在を検出できるという効果がある。

これは、投影される映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように、素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない分割数で分割する、複数の水平線が設けられている第１のテストパターンと第２のテストパターンの両方を用いてテストパターンをスクリーンに投射し、プロジェクタの筐体前面の投射レンズの垂直上方に設けられた受光レンズを経由して固体撮像素子で受光した２種類のテストパターンの撮像画像を撮像画像解析部で解析して障害物の有無を検知するからである。

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障害物検知装置を備えたプロジェクタの模式的ブロック構成図である。

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とを有し複数の水平線からなるテストパターンが投射可能な投影装置２０と、表示部２２の映像を制御する画像制御部２３と、テストパターン形成投射部２４と、障害物検知装置３０と、全体の動作を制御する中央処理装置６０とを備え、障害物検知装置３０は、プロジェクタ１０の筐体前面の投射レンズ２１の垂直上方に設けられた受光レンズ３１と、スクリーン７０上のテストパターンの映像を受光レンズ３１を経由して受光する固体撮像素子３２と、固体撮像素子３２のテストパターンの撮像画像から障害物の有無を検知する撮像画像解析部３３とを備える。

障害物の検知は、画像制御部２３の制御により表示部２２よりテストパターン形成投射部２４で形成された複数の水平直線よりなる２種類のテストパターンを投射レンズ２１を経由してスクリーン７０に順に投射し、スクリーン７０のテストパターンの映像を受光レンズ３１を経由して固体撮像素子３２で撮影し、撮像画像を撮像画像解析部３３で解析することによって行われ、撮像画像解析部３３では撮像画像からテストパターンの水平線の連続性を検証し、水平線が連続していない場合は障害物がプロジェクタ１０とスクリーン７０の間にあるものとして必要な情報を出力する。

テストパターンには第１のテストパターンと第２のテストパターンとが設けられており、いずれも投影される映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように分割する水平線が複数設けられていて、第１のテストパターンと第２のテストパターンの分割数は異なっており、それぞれの分割数は素因数に分解したとき互いの素因数が一致しないように選択されている。

この実施の形態では、第１のテストパターンは５本の水平線で６分割され、第２のテストパターンは６本の水平線で７分割されている。６の素因数は２と３であり、７の素因数は７であり、互いに異なっている。これによってスクリーン７０とプロジェクタ１０との間にある障害物の位置がどこであってもスクリーン７０の水平線と障害物の水平線とが両方のテストパターンで共に撮像画像上で一致することが避けられ、障害物が必ず検知される。素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない分割数であれば本実施の形態の分割数に限定されない。

図２は、障害物がない場合のプロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図であり、（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図、（ｂ）は第１のテストパターンの撮像画像、（ｃ）は第２のテストパターンの撮像画像である。

図２ではプロジェクタとスクリーンとの間に障害物がないので、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように第１のテストパターン５１ａ、第２のテストパターン５１ｂの撮像画像のどちらでも水平線５２ａ、５２ｂは連続しており、障害物がないことを示している。

図３は、障害物が第１の特定位置にある場合のプロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図であり、（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図、（ｂ）は第１のテストパターンの撮像画像、（ｃ）は第２のテストパターンの撮像画像である。

図３ではプロジェクタ１０とスクリーン７０との間の第１の特定位置に障害物８０があるので、図３（ｂ）に示すように、第１のテストパターン５１ａの撮像画像では障害物８０上の水平線５４ａはスクリーン７０上の一つ下の水平線５２ａと一致しており、撮像画像の分析から障害物８０の存在を認識することは難しい。しかし次の第２のテストパターン５１ｂの撮像画像では、図３（ｃ）に示すように障害物８０上の水平線５４ｂはスクリーン７０上の一つ下の水平線５２ｂとは一致しておらず、水平線５２ｂは中断しており撮像画像の分析から障害物８０の存在を認識することができる。

図４は、障害物が第２の特定位置にある場合のプロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図であり、（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図、（ｂ）は第１のテストパターンの撮像画像、（ｃ）は第２のテストパターンの撮像画像である。

図４ではプロジェクタ１０とスクリーン７０との間の第２の特定位置に障害物８０があるので、図４（ｂ）に示すように、障害物８０上の水平線５４ａはスクリーン７０上の一つ下の水平線５２ａとは一致しておらず、水平線５２ａは中断しており撮像画像の分析から障害物８０の存在を認識することができる。第２のテストパターン５１ｂの撮像画像では図４（ｃ）に示すように障害物８０上の水平線５４ｂはスクリーン７０上の一つ下の水平線５２ｂと一致しており、撮像画像の分析から障害物８０の存在を認識することは難しい。しかし既に第１のテストパターン５１ａで障害物８０の存在が認識されているので問題はない。

ここで、テストパターンを投射する投射光は遠赤外線などの不可視光であってもよく、この場合はスクリーンにテストパターンが表示されることなく障害物の検知ができ、映像の投射中でも映像に関係なく障害物の検知ができる。

次に、本発明の実施の形態の障害物検知装置を備えたプロジェクタの障害物検知方法について説明する。図５は本発明の実施の形態の障害物検知装置を備えたプロジェクタの障害物検知方法のフローチャートである。

テストパターン形成投射部２４では映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように分割する水平線が複数設けられている２種類のテストパターンであって、それぞれの分割数は素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない２種類のテストパターンの形成が可能であり、処理を開始すると、障害物検知を行わないのであればステップＳ８に進み（Ｓ１Ｎ）、障害物検知を行うのであれば（Ｓ１Ｙ）、テストパターン形成投射部２４で第１のテストパターンを形成し、スクリーン７０に投射する（Ｓ２）。スクリーン７０のテストパターンの映像を固体撮像素子３２で撮像し撮像画像を撮像画像解析部３３解析し（Ｓ３）、水平線の連続性が維持されているかを確認し（Ｓ４）、維持されていない場合はステップＳ９に進み（Ｓ４Ｎ）、維持されている場合は（Ｓ４Ｙ）、テストパターン形成投射部２４で第２のテストパターンを形成し、スクリーン７０に投射する（Ｓ５）。スクリーン７０のテストパターンの映像を固体撮像素子３２で撮像し撮像画像を撮像画像解析部３３で解析し（Ｓ６）、水平線の連続性が維持されているかを確認し（Ｓ７）、維持されていない場合はステップＳ９に進み（Ｓ７Ｎ）、維持されている場合は（Ｓ７Ｙ）、映像を投影するのであれば（Ｓ８Ｙ）、映像を投影し（Ｓ１０）、映像を投影しないのであれば（Ｓ８Ｎ）、処理を終了する。ステップＳ９では障害物情報を出力して、処理を終了する。

このように、投影される映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように、素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない分割数で分割する、複数の水平線が設けられている第１のテストパターンと第２のテストパターンの両方を用いて撮像画像の分析を行うので、本発明の障害物検知装置を備えたプロジェクタは障害物がスクリーンとプロジェクタの間のどの位置にあっても確実に障害物の存在を検出できる。

本発明の実施の形態の障害物検知装置を備えたプロジェクタの模式的ブロック構成図である。 障害物がない場合のプロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図である。（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図である。（ｂ）は第１のテストパターンの撮像画像である。（ｃ）は第２のテストパターンの撮像画像である。 障害物が第１の特定位置にある場合のプロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図である。（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図である。（ｂ）は第１のテストパターンの撮像画像である。（ｃ）は第２のテストパターンの撮像画像である。 障害物が第２の特定位置にある場合のプロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図である。（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図である。（ｂ）は第１のテストパターンの撮像画像である。（ｃ）は第２のテストパターンの撮像画像である。 本発明の実施の形態の障害物検知装置を備えたプロジェクタの障害物検知方法のフローチャートである。 従来例における、プロジェクタとスクリーンの関係と、テストパターンの撮像画像の模式図である。（ａ）はプロジェクタとスクリーンの関係を示す模式図である。（ｂ）は障害物のない状態である。（ｃ）は障害物がスクリーン近くにある場合である。（ｄ）は障害物が特定の位置にある場合である。

符号の説明

１０ プロジェクタ
２０ 投影装置
２１ 投射レンズ
２２ 表示部
２３ 画像制御部
２４ テストパターン形成投射部
２７ 投射光軸
３０ 障害物検知装置
３１ 受光レンズ
３２ 固体撮像素子
３３ 撮像画像解析部
５１ａ 第１のテストパターン
５１ｂ 第２のテストパターン
５２ａ、５２ｂ、６２ 水平線
５３ａ、５３ｂ、６３ 障害物のテストパターン
５４ａ、５４ｂ、６４ 障害物の水平線
６０ 中央処理装置
６１ テストパターン
７０ スクリーン
８０、８０ｃ、８０ｄ 障害物
Ｓ１〜Ｓ１０ ステップ

Claims (6)

1. 投射レンズを介してスクリーンに映像を投射する投影装置と、前記投射レンズと前記スクリーンとの間に存在する障害物を検知する障害物検知装置とを備えたプロジェクタにおいて、
   前記投影装置は、映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように分割する複数の水平線が設けられている２種類のテストパターンであって、それぞれの分割数は素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない２種類のテストパターンを形成して順に前記スクリーン上に投射するテストパターン形成投射手段を有し、
   前記障害物検知装置は、
   プロジェクタの筐体前面の前記投射レンズの垂直上方に設けられた受光レンズと、
   前記スクリーン上に投射された前記テストパターンの映像を前記受光レンズを経由して受光する固体撮像素子と、
   該固体撮像素子の前記テストパターンの撮像画像から前記障害物の有無を検知する撮像画像解析部と、を備えることを特徴とする障害物検知装置を備えたプロジェクタ。
2. 前記撮像画像解析部は、前記固体撮像素子の前記テストパターンの撮像画像の前記２種類のテストパターンの前記水平線を解析し、いずれにも中断した水平線がない場合に前記障害物がないと判定する撮像画像解析部である、請求項１に記載の障害物検知装置を備えたプロジェクタ。
3. 前記２種類のテストパターンは、第１のテストパターンは映像の縦方向の長さが５本の水平線で６個の同じ長さに分割され、第２のテストパターンは映像の縦方向の長さが６本の水平線で７個の同じ長さに分割されている、請求項１または請求項２に記載の障害物検知装置を備えたプロジェクタ。
4. 前記撮像画像解析部は、前記障害物があると判定された時には障害物情報を出力する障害物情報出力手段を有する、請求項１からは請求項３のいずれか１項に記載の障害物検知装置を備えたプロジェクタ。
5. 前記テストパターン形成投射手段は、テストパターンを不可視光で出射可能なテストパターン形成投射手段であり、前記障害物検知装置は不可視光を検知できる障害物検知装置である、請求項１からは請求項４のいずれか１項に記載の障害物検知装置を備えたプロジェクタ。
6. 投射レンズを介してスクリーンに映像を投射する投影装置と、前記投射レンズと前記スクリーンとの間に存在する障害物を検知する障害物検知装置とを備え、該障害物検知装置は、プロジェクタの筐体前面の前記投射レンズの垂直上方に設けられた受光レンズと、前記スクリーン上の前記テストパターンの映像を前記受光レンズを経由して受光する固体撮像素子と、該固体撮像素子の前記テストパターンの撮像画像から前記障害物の有無を検知する撮像画像解析部とを備えたプロジェクタにおける障害物検知方法であって、
   前記投影装置は、映像の縦方向の長さを複数の同じ長さとなるように分割する水平線が複数設けられている２種類のテストパターンであって、それぞれの分割数は素因数に分解したとき互いの素因数が一致しない２種類のテストパターンを順にスクリーンに投射し、
   前記テストパターンの映像を前記固体撮像素子で受光し、
   前記撮像画像解析部で前記固体撮像素子で撮影した撮像画像の前記２種類のテストパターンの前記水平線を解析し、いずれにも中断した水平線がない場合に前記障害物がないと判定することを特徴とする障害物検知方法。

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