JP2005227661A - プロジェクタおよび歪補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜している投射状態であっても、光学ズーム手段によるズーム量の変化にかかわらずに投射映像の歪みを正確に補正する。
【解決手段】 投射面上に映像を投射するための投射光学系１１と、この投射光学系１１を駆動して投射面上に投射される投射映像を拡大および縮小するための光学ズーム部５とを備える。そして、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに投射面上に投射される四辺形の投射映像３１，３６の歪みを方形の補正映像３２，３７に補正する歪補正回路部４と、光学ズーム部５によるズーム量を検出するためのズーム量検出部６と、このズーム量検出部６によって検出されたズーム量に基づいて、歪補正回路部４に設定する補正データを生成するＣＰＵ８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばスクリーン等の投射面上に映像を投射するためのプロジェクタに関し、特に、投射面上に投射される投射映像の歪を補正して補正映像を投射するためのプロジェクタおよび歪補正方法に関する。

プロジェクタは、使用環境によって設置位置が制約されることが多く、スクリーン等の投射面に対して投射光軸が傾斜されて投射される場合がある。このような場合には、投射面上で投射領域が方形状をなすべき投射映像が、台形状や四辺形状に歪んでしまう。このため、従来のプロジェクタは、いわゆる台形歪が生じた投射映像を方形状の補正映像に補正する、いわゆる台形歪補正（keystone distortion）を行うための歪補正回路部を備えている。

近年、プロジェクタでは、一般的に、投射面上の垂直方向（上下方向）に対して歪補正を自動補正するとともに、水平方向（左右方向）に対して手動操作で調整して補正するための歪補正回路部を備えているものが普及している。この種の従来のプロジェクタとしては、投射面に対する投射光軸の垂直方向の傾斜角度を検出するための加速度センサを備える液晶プロジェクタが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方で、従来のプロジェクタには、歪補正回路部に加えて、投射面上に投射する投射映像を拡大および縮小する光学ズーム機構を備えているものも普及している。
特開２００３−５２７８号公報

ところで、上述したように、歪補正回路部および光学ズーム機構を備える従来のプロジェクタでは、歪補正処理が、光学ズーム機構による倍率が固定されている状態、すなわちテレ端とワイド端の中間状態を想定して行われている。したがって、従来のプロジェクタでは、歪補正回路部による歪補正処理が行われているときに光学ズーム機構によってズーム量を変更した場合、歪補正回路部によって歪補正処理が正しく行われないという問題がある。

このように歪補正処理が正しく行われない理由は、ズーム量に応じて投射映像の歪み方が変化するためである。ズーム量に応じて投射映像の歪み方が変化する作用について図面を参照して説明する。

図５では、テレ端の画角ｔ、ワイド端の画角ｗとする。なお、図５では、説明を簡単にするために、便宜上、ワイド端の画角ｗが、テレ端の画角ｔの２倍（ｗ＝２ｔ）とし、投射面に対するプロジェクタ５１の投射光軸５５の垂直方向の傾きを傾斜角ｔとして、テレ端の画角ｔと等しくして示す。

この場合、図５に示すように、投射光軸、投射光の画角によって分割される投射面上の垂直方向、すなわち投射映像の縦方向の各長さａ〜ｄは、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄの関係を満たすことになる。これら各長さａ〜ｄの関係は、光学ズーム機構によってズームレンズ、例えば投射レンズをテレ端からワイド端に移動させた場合に、投射映像の中心から垂直上方の部分が、投射映像の中心から垂直下方の部分よりも拡大率が大きいことを意味している。このことから、プロジェクタの投射光軸を投射面に対して傾斜させて投射した場合、光学ズーム機構によるテレ端とワイド端でそれぞれ投射映像の歪み方が異なる。

図６は、図５に示したように投射面に対して垂直方向に投射光軸を傾斜させて投射するように設置された状態で、投射面上に投射された投射映像５６，５７と、この投射映像５６，５７の歪みを補正して得られる補正映像５８，５９をそれぞれ示している。

プロジェクタでは、ズームレンズを、図６（ｂ）に示すようにテレ端に移動させたときよりも、図６（ｂ）に示すようにワイド端に移動させたときに、投射面上に投射される投射映像の歪量が大きくなり、ズーム量の変動に応じて歪補正の状態が変化する。

このように、ズーム量によって投射映像に生じる歪みが変化するため、従来のプロジェクタでは、ズーム量に応じて歪補正することが困難であり、特に、投射面に対して投射光軸を垂直方向および水平方向にそれぞれ傾斜させて映像を投射した場合に、投射映像の歪みを補正することが更に困難になる。

そこで、本発明は、投射面に対して垂直方向および水平方向に投射光軸それぞれ傾斜させた投射状態であっても、光学ズームによるズーム量の変化にかかわらずに、投射映像の歪補正を正確に行うことができるプロジェクタおよび歪補正方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るプロジェクタは、投射面上に映像を投射するための投射光学系と、この投射光学系を駆動して投射面上に投射される投射映像を拡大および縮小するための光学ズーム手段とを備える。そして、本発明のプロジェクタは、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに投射面上に投射される四辺形の投射映像の歪みを方形の補正映像に補正する歪補正手段と、光学ズーム手段によるズーム量を検出するためのズーム量検出手段と、このズーム量検出手段によって検出されたズーム量に基づいて、歪補正手段に設定する補正データを生成する補正データ生成手段とを備える。

以上のように構成した本発明に係るプロジェクタによれば、歪補正手段が、補正データ生成手段から入力された補正データに基づいて四辺形の投射映像を方形の補正映像に補正する。したがって、本発明のプロジェクタによれば、光学ズーム手段によるズーム量が変化した場合であっても、歪補正手段によって歪補正が正確に行われる。すなわち、本発明のプロジェクタによれば、光学ズーム手段によるズーム量に応じた歪補正処理が正確に行われる。

また、本発明に係る歪補正方法は、投射面上に映像を投射するための投射光学系と、この投射光学系を駆動して投射面上に投射される投射映像を拡大および縮小する光学ズーム手段とを備えるプロジェクタを用いて、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに投射面上に投射される四辺形の投射映像の歪みを方形の補正映像に補正するための歪補正方法であって、光学ズーム手段によるズーム量を検出するためのズーム量検出ステップと、ズーム量検出ステップによって検出されたズーム量に基づいて補正データを生成する補正データ生成ステップと、補正データ生成ステップで生成された補正データに基づいて投射映像の歪みを補正映像に補正する歪補正ステップとを有する。

上述したように本発明に係るプロジェクタおよび歪補正方法によれば、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜している投射状態であっても、光学ズーム手段によるズーム量の変化にかかわらずに、投射映像の歪補正を正確に行うことができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、プロジェクタ１は、スクリーン等の投射面上に映像を投射するための投射光学系１１を有する投射部３と、投射面上に投射される投射映像の歪を補正するための歪補正手段である歪補正回路部４と、投射面上の投射映像を拡大および縮小するための光学ズーム手段である光学ズーム部５と、この光学ズーム部５によるズーム量を検出するためのズーム量検出手段であるズーム量検出部６とを備えている。

また、プロジェクタ１は、投射面に対する投射光軸の垂直方向（上下方向）および水平方向（左右方向）の各傾斜角をそれぞれ検出するための傾斜角検出部７と、投射部３、歪補正回路部４、およびズーム量検出部５をそれぞれ制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）８と、筐体９とを備えている。

投射部３は、投射面上に映像を投射するための投射光学系１１と、投射する映像を表示する映像表示部１２と、この映像表示部１２に表示する映像を制御する映像制御部１３とを有している。投射光学系１１は、ズームレンズでもある投射レンズ１１ａを有しており、投射光軸の軸回りに回転可能に設けられている。

映像表示部１２としては、例えば、光透過型の液晶表示板や反射型の液晶表示板が用いられる。なお、映像表示部の代わりに、光源からの入射光を映像として反射するＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が用いられてもよい。

歪補正回路部４は、映像処理用のＬＳＩ回路（Large‐Scale Integrated circuit）であって、傾斜角検出部７による検出結果に基づいて生成された仮想的な投射範囲内の所定の位置に、方形をなす補正映像が位置するように映像を拡大および縮小する映像変形処理を行う。

また、歪補正回路部４は、補正データ生成手段でもあるＣＰＵ８によって、ズーム量検出部６が検出したズーム量に基づいて生成された補正データ（補正パラメータ）が入力され、この補正データに基づいて歪補正処理を行い、映像制御部１３に制御信号を出力する。

そして、プロジェクタ１では、歪補正回路部４からの制御信号に基づいて、映像制御部１３によって映像表示部１２が制御され、映像表示部１２に四辺形の映像が表示されることで、投射面上に方形の補正映像が投射される。

ここで、歪補正回路部４が行う歪補正処理について、詳細に説明する。

歪補正回路部４は、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向のいずれにも傾斜されることなく投射されたときの、歪みがない長方形をなす映像の各頂点の座標をそれぞれ算出する。なお、光学ズーム部によってズーム量が変更されたときには、歪みがない長方形をなす映像が拡大または縮小されているため、この長方形の各頂点が変化されていることになる。このため、歪補正回路部４は、ズーム量に応じた補正データに基づいて演算し、歪みがない長方形をなす映像の各頂点の座標をそれぞれ算出する。

続いて、歪補正回路部４は、映像の各頂点の座標を、３次元での座標回転演算式を用いて回転させて、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに投射された（以下、斜め投射と称する。）状態で歪みが生じた四辺形をなす映像の各頂点の各座標をそれぞれ算出する。

次に、歪補正回路部４は、歪みが生じた四辺形の映像の投射領域内で、後述する任意の映像変形処理を行うことで、所望のアスペクト比の長方形をなす補正映像を生成して、この補正映像の各頂点の座標をそれぞれ算出する。

最後に、長方形をなす補正映像の各頂点の座標を、上述の座標回転演算式の逆演算によって回転させて、映像表示部１２に表示させる表示映像の各頂点の座標をそれぞれ算出し、表示映像を生成する。

上述した任意の映像変形処理の一例として、歪補正回路部４は、投射映像を補正する際、方形をなす補正映像が有する２つの対角線のうちの少なくとも一方の対角線の両端に位置する各頂点の一方を、投射映像の投射領域外縁の一辺に位置させるとともに、各頂点の他方を一辺に隣接する他辺に位置させるように自動的に補正する。言い換えれば、歪補正回路部４は、投射映像の投射領域内で、補正映像の対角線の一方が最大になるように、補正映像を拡大および縮小させるのと同時に、補正映像の対角線の他方を、投射領域内に位置させるように補正映像を拡大および縮小させるように映像変形処理を行う。

傾斜角検出部７は、歪補正回路部４と電気的に接続されており、図示しないが、重力加速度を検出するための加速度センサや、投射面とプロジェクタ１との相対位置を検出するための光学センサ等の各種センサを有している。傾斜角検出部７は、加速度センサによる検出結果から、投射面に対する投射光軸の垂直方向の傾斜角を算出するとともに、光学センサによる検出結果から、投射面に対する投射光軸の水平方向の傾斜角を算出する。

光学ズーム部５は、投射レンズ１１ａの外周部に設けられたリングギア２１と、このリングギア２１に噛合された駆動用ギア（不図示）と、この駆動用ギアを回転駆動するためのズーム用モータ（不図示）とを備えている。この光学ズーム部５は、ズーム用モータによって駆動ギアを介してリングギア２１が投射光軸の軸回りに回転されることで、投射レンズ１１ａが光軸方向に沿ってワイド端とテレ端との間を光軸方向に沿って移動され、投射面上に投射される投射映像が拡大および縮小される。

ズーム量検出部６は、光学ズーム部５のリングギア２１に噛合される検出用ギア２２と、この検出用ギア２２の回転量を検出するための検出素子である検出器２３とを有している。検出器２３は、ＣＰＵ８に電気的に接続されており、検出用ギア２２の回転量をＣＰＵ８に出力する。

ＣＰＵ８は、図２に示すように、歪補正回路部４による歪補正処理が行われているときに光学ズーム部５が駆動されてズーム量が変化した場合に、ズーム量検出部６の検出器２３から入力された検出結果である検出用ギア２２の回転量に基づいて、投射レンズ１１ａの光軸方向の移動位置、すなわち光学ズーム部５によるズーム量を算出する（ステップ２６）。また、このＣＰＵ８は、ズーム量検出部６によって検出されたズーム量に基づいて、歪補正回路部４が歪補正処理するための補正パラメータを生成し（ステップ２７）、歪補正回路部４に出力する（ステップ２８）。

なお、本実施形態では、ＣＰＵ８が、光学ズーム部５によるズーム量を検出するとともに、補正データ生成手段として補正データを生成するように構成されたが、ズーム量を検出するズーム量検出回路部、および補正データを生成する補正データ生成回路部が、ＣＰＵ８と独立してそれぞれ設けられてもよいことは勿論である。

以上のように構成されたプロジェクタ１では、傾斜角検出部７によって、投射面に対する投射光軸の垂直方向および水平方向の各傾斜角がそれぞれ検出され、各傾斜角の検出結果に基づいて、歪補正回路部４が、仮想的な投射領域を生成する。この仮想的な投射領域を生成するとは、投射面上に投射された実際の投射映像を検出することなく、垂直方向および水平方向の各傾斜角に基づいて理論上の投射範囲を演算により生成することを指している。

このプロジェクタ１について、投射面に対して投射光軸が斜め投射されるように設置された状態で、光学ズーム部５によってズーム量が変化されたときの歪補正処理を、図面を参照して説明する。

まず、図３（ｂ）に示すように、投射面に対して投射光軸が垂直方向の上方に向けて傾斜されるとともに、図３（ｃ）に示すように、投射面に対して投射光軸が水平方向の左方に向けて傾斜された場合で、かつ、光学ズーム部５によって投射レンズ１１ａがワイド端に移動された場合について説明する。

この場合、投射面上には、図３（ａ）に示すように投射映像３１が投射されることになる。歪補正回路部４は、投射映像３１の投射領域の左辺Ｌａに補正映像３２の左下頂点Ａを位置させるとともに、投射領域の上辺Ｌｂに補正映像３２の右上頂点Ｂを位置させるように映像変形処理を行って補正映像３２を得る。また、このように映像変形処理が行われることで、図３（ｄ）に示すように、映像表示部１２の表示面には、四辺形に変形された映像３３が表示される。

つぎに、図４（ｂ）に示すように、投射面に対して投射光軸が垂直方向の上方に向けて傾斜されるとともに、図４（ｃ）に示すように、投射面に対して投射光軸が水平方向の左方に向けて傾斜された場合で、かつ、光学ズーム部５によって投射レンズ１１ａがテレ端に移動された場合について説明する。

この場合も、投射面上には、上述した映像変形処理と同様に、図４（ａ）に示すように投射映像３６が投射されることになる。歪補正回路部４は、投射映像３６の投射領域の左辺Ｌａに補正映像３７の左下頂点Ａを位置させるとともに、投射領域の上辺Ｌｂに補正映像３７の右上頂点Ｂを位置させるように映像変形処理を行って補正映像３７を得る。また、このように映像変形処理が行われることで、図４（ｄ）に示すように、映像表示部１２の表示面には、四辺形に変形された映像３８が表示される。

なお、図３および図４では、投射面に対して投射光軸を斜め左上方に向けて投射した状態を示したが、投射面に対して投射光軸を斜め右上方、斜め左下方、斜め右下方に向けてそれぞれ投射した場合も、上述の映像変形処理によって同様に歪補正が良好に行われる。

なお、上述した実施形態では、歪補正回路部４で行われる任意の映像変形処理の一例として、投射映像の投射領域内で補正映像の対角線を利用して映像変形処理が行われたが、他の映像変形処理が行われてもよい。このような他の例として、歪補正回路部４は、投射映像を補正する際、投射面に対する投射光軸の垂直方向の傾斜角に基づいて投射映像の垂直方向の二辺を補正する。この後、歪補正回路部４は、補正された二辺の一方を固定して、この一方の一辺に対して残り三辺を、投射映像の投射領域内で手動操作によって移動させることで、補正映像を変形させて、映像変形処理を行う。

このような映像変形処理を行う場合には、投射面に対する投射光軸の垂直方向の傾斜角のみを検出する傾斜角検出部と、投射面に対する投射光軸の水平方向の傾斜角に応じた調整値を手動で入力するための手動操作部とを備えるように構成にされる。そして、歪補正回路部は、傾斜角検出部によって検出された投射光軸の垂直方向の傾斜角に基づいて自動的に垂直方向の映像変形処理を行うとともに、手動操作部によって、水平方向の傾斜角に応じた調整値が入力されることで、この調整値に基づいて水平方向の映像変形処理を行う。なお、歪補正回路部は、投射面に対する投射光軸の垂直方向の傾斜角に応じた調整値が手動で入力されることで、この調整値に基づいて垂直方向の映像変形処理が行われるように構成されてもよい。

上述したように、プロジェクタ１によれば、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに投射面上に投射される四辺形の投射映像３１，３６の歪みを方形の補正映像３２，３７に補正する歪補正回路部４と、光学ズーム部５によるズーム量を検出するためのズーム量検出部６と、ズーム量検出部６によって検出されたズーム量に基づいて、歪補正回路部４に設定する補正データを生成するＣＰＵ８とを備えることによって、歪補正回路部４による歪補正処理が行われているときにズーム量が変化された場合に、ＣＰＵ８がズーム量を考慮して生成した補正データに基づいて、歪補正回路部４が歪補正処理を行うことが可能になる。

したがって、このプロジェクタ１によれば、投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜している投射状態であっても、投射レンズ１１ａがテレ端およびワイド端に移動されたズーム状態にかかわらず、投射映像の歪みを正確に行うことが可能になる。

本発明に係るプロジェクタを示す模式図である。 ズーム検出部が検出したズーム量に基づいて、歪補正する処理を説明するための模式図である。 ワイド端にズームされた状態で、投射映像を補正する状態を説明するための図であって、（ａ）が投射面に向かう正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図、（ｄ）が映像表示部に表示される映像を示す図である。 テレ端にズームされた状態で、投射映像を補正する状態を説明するための図であって、（ａ）が投射面に向かう正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図、（ｄ）が映像表示部に表示される映像を示す図である。 光学ズーム部によってズームレンズがテレ端およびワイド端にそれぞれ移動されたときに投射映像の歪みが変化する作用を説明するための模式図である。 投射面上に投射される投射映像と歪補正された補正映像との関係を示す模式図であって、（ａ）にテレ端にズームされた状態、（ｂ）にワイド端にズームされた状態を示す模式図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
３ 投射部
４ 歪補正回路部
５ 光学ズーム部
６ ズーム量検出部
７ 傾斜角検出部
８ ＣＰＵ
９ 筐体
１１ 投射光学系
１１ａ 投射レンズ
１２ 映像表示部
１３ 映像制御部
２１ リングギア
２２ 検出用ギア
２３ 検出器
３１，３６ 投射映像
３２，３７ 補正映像
３３，３８ 映像

Claims (8)

1. 投射面上に映像を投射するための投射光学系と、該投射光学系を駆動して前記投射面上に投射される投射映像を拡大および縮小するための光学ズーム手段とを備えるプロジェクタにおいて、
   前記投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに前記投射面上に投射される四辺形の前記投射映像の歪みを方形の補正映像に補正する歪補正手段と、
   前記光学ズーム手段によるズーム量を検出するためのズーム量検出手段と、
   前記ズーム量検出手段によって検出された前記ズーム量に基づいて、前記歪補正手段に設定する補正データを生成する補正データ生成手段とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記ズーム量検出手段は、前記光学ズーム手段による前記投射光学系の駆動動作に連動して回転される検出用ギアと、該検出用ギアの回転量を検出する検出素子とを有する請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記光学ズーム手段は、前記投射光学系が有する投射レンズの外周部に設けられた環状ギアを有し、該環状ギアに前記検出用ギアが噛合されている請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記歪補正手段は、前記投射映像を補正する際、方形をなす前記補正映像の２つの対角線のいずれか一方の両端に位置する各頂点の一方を、前記投射映像の投射領域外縁の一辺に位置させるとともに、前記各頂点の他方を前記一辺に隣接する他辺に位置させるように補正する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記歪補正手段は、前記投射映像を補正する際、前記投射面に対する前記投射光軸の垂直方向の傾斜角に基づいて投射映像の垂直方向の二辺を補正し、補正された該二辺の一方を固定して、該一方の辺に対して残り三辺を、前記投射映像の投射領域内で手動操作によって移動させて補正する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 投射面上に映像を投射するための投射光学系と、該投射光学系を駆動して前記投射面上に投射される投射映像を拡大および縮小する光学ズーム手段とを備えるプロジェクタを用いて、前記投射面に対して投射光軸が垂直方向および水平方向に傾斜しているときに前記投射面上に投射される四辺形の前記投射映像の歪みを方形の補正映像に補正するための歪補正方法であって、
   前記光学ズーム手段によるズーム量を検出するためのズーム量検出ステップと、
   前記ズーム量検出ステップによって検出された前記ズーム量に基づいて、補正データを生成する補正データ生成ステップと、
   前記補正データ生成ステップで生成された前記補正データに基づいて、前記投射映像の歪みを前記補正映像に補正する歪補正ステップと
   を有することを特徴とする歪補正方法。
7. 前記歪補正ステップは、前記投射映像を補正する際、方形をなす前記補正映像の２つの対角線のいずれか一方の両端に位置する各頂点の一方を、前記投射映像の投射領域外縁の一辺に位置させるとともに、前記各頂点の他方を前記一辺に隣接する他辺に位置させるように補正する請求項６に記載の歪補正方法。
8. 前記補正ステップは、前記投射映像を補正する際、前記投射面に対する前記投射光軸の垂直方向の傾斜角に基づいて投射映像の垂直方向の二辺を補正し、補正された該二辺の一方を固定して、該一方の辺に対して残り三辺を、前記投射映像の投射領域内で手動操作によって移動させて補正する請求項６に記載の歪補正方法。

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