JP2006313116A - 距離傾斜角度検出装置および該検出装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光体と固体撮像素子を用いた簡便な距離傾斜角度検出装置とその検出装置を有するプロジェクタを提供する。
【解決手段】角度検出センサ部４０の３個の発光素子４１〜４３からそれぞれの投光レンズ４４〜４６を経由して所定の角度で測定面に投射光を投射し、測定面上に形成された３個の輝点は撮像レンズ５１を経由して固体撮像素子５３上に３個の輝点の入射点を結像する。３個の輝点の入射点の固体撮像素子５３上の位置情報から画像処理・距離検出部５５で基準面とそれぞれの輝点との垂直距離と、基準面に垂直で撮像レンズ５１の中心を通る基準線とそれぞれの輝点との水平距離とを算出する。角度演算部５６では得られた垂直距離と水平距離を用いて基準線に直交する面に対する測定面の水平方向と垂直方向の傾斜角度を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は距離傾斜角度検出装置および該検出装置を備えたプロジェクタに関し、特に３個の光源と固体撮像素子とにより測定面までの距離と測定面の基準面に対する傾斜角度を取得する距離傾斜角度検出装置に関する。

従来、距離計測装置としては、所定の周波数で変調された発光量の可変な複数の光を測定対象物表面に照射し、一定方向の光のみを検出できる検出素子でその反射光を検出して、そこから得られる位相情報から距離情報を取得する光学形状センサが開示されている（特許文献１参照）。また、距離計測対象に向けての投光とその反射光の受光とに関連する時間に基づいて距離計測対象までの距離を計測する距離計測装置が開示されている（特許文献２参照）。また、超音波を検出物体に送信してその反射波を受信し、送信から受信信号までのクロック数に基づいて物体までの距離を演算する距離計測装置が開示されている（特許文献３参照）。
特開２００３−４２７３３号公報 特開平１１−３２５８２３号公報 特開平１１−４４７５９号公報

しかし、特許文献１の光学形状センサでは複数の光源を必要とし、特許文献２の距離計測装置では外乱光による影響を避けるための受光時間設定など信号処理手段を必要とし、特許文献３の距離計測装置では超音波発信装置を必要とするなど複雑な機構を必要とする。

これまで、ＬＥＤなどの発光体１個を用いて一定の方向の光を対象物に投射し、反射光を光学的位置検出センサで受光して受光位置によりその投射点までの距離を求める距離計測装置もあったが、その１点の距離を求めるだけで、例えば、プロジェクタに応用した場合にはオートフォーカスに使用されるだけで、投射面の投射光軸に対する水平方向や垂直方向の傾斜角度を検出して傾斜に起因する台形歪みの補正に用いることはできなかった。

本発明の目的は、複数の発光体と固体撮像素子を用いた簡便な距離傾斜角度検出装置とその検出装置を有するプロジェクタを提供することにある。

本発明の距離傾斜角度検出装置は、
測定の基準となる基準面を有し、その基準面から測定対象面までの垂直距離と、基準面に対する測定対象面の傾斜角度を検出する距離傾斜角度検出装置である。

第１の態様では、角度検出センサ部と受光位置解析距離傾斜角度算定部とを有し、角度検出センサ部は、基準面とその基準面に直交する基準線との交点である基準点に中心が配置された撮像レンズと、測定対象面に投射された輝点からの反射光が撮像レンズを経由して入射して入射点を形成する固体撮像素子と、基準面上に基準点を中心としてそれぞれが反対の水平方向に所定の間隔で配置された２個の投光レンズと、それぞれが、２個の投光レンズを経由して基準線に対して所定の方向と角度で離れるように投射光を測定対象面に投射して、その測定対象面に輝点を形成する２個の発光素子とを有し、受光位置解析距離傾斜角度算定部は、固体撮像素子に形成された輝点の入射点の位置情報に基づいて、その輝点の基準面からの垂直距離と、その輝点の基準線からの垂直距離とを検出する画像処理・距離検出部と、複数の輝点の基準面からの垂直距離と基準線からの垂直距離とに基づいて、基準線に直交する平面に対する測定対象面の水平方向の傾斜角度を演算する角度演算部とを有する。

第２の態様では、角度検出センサ部と受光位置解析距離傾斜角度算定部とを有し、角度検出センサ部は、基準面とその基準面に直交する基準線との交点である基準点に中心が配置された撮像レンズと、測定対象面に投射された輝点からの反射光が撮像レンズを経由して入射して入射点を形成する固体撮像素子と、基準面上に基準点を中心としてそれぞれが反対の水平方向に所定の間隔で配置された２個の投光レンズ、および基準面上に２個の投光レンズを結ぶ線と直交する方向に基準点から所定の間隔で配置された１個の投光レンズと、それぞれが、３個の投光レンズを経由して基準線から所定の方向と角度で離れるように投射光を測定対象面に投射して、その測定対象面に輝点を形成する３個の発光素子と、を有し、受光位置解析距離傾斜角度算定部は、固体撮像素子に形成された輝点の入射点の位置情報に基づいて、その輝点の基準面からの垂直距離と、その輝点の基準線からの垂直距離とを検出する画像処理・距離検出部と、複数の輝点の基準面からの垂直距離と基準線からの垂直距離とに基づいて、基準線に直交する平面に対する測定対象面の水平方向並びに鉛直方向の傾斜角度を演算する角度演算部とを有する。

測定対象面と基準面との垂直距離は、いずれかの輝点の基準面からの垂直距離として求められてもよく、測定対象面と基準面との垂直距離は、基準面上に基準点を中心としてそれぞれが反対方向に所定の間隔で配置された２個の投光レンズを経由して投射ざれた輝点の基準面からの垂直距離の平均値として求められてもよい。

輝点の基準面からの垂直距離と基準線からの垂直距離は、既知である基準線と投射レンズのレンズ中心との水平方向の距離、基準面と固体撮像素子受光面との距離、および投射光の基準線と平行な線とのなす投射角度を固定値とし、固体撮像素子の受光面と基準線との交点と輝点の入射点との距離を変数とする計算式により求められてもよく、計算式により予め作成された固体撮像素子の受光面と基準線との交点と輝点の入射点との距離を変数とするテーブルにより求められてもよい。

発光素子がＬＥＤ（発光ダイオード）であってもよく、発光素子の投射光が赤外線であってもよい。

固体撮像素子がＣＣＤカメラであってもよく、２次元ＰＳＤ（位置検出素子）であってもよく、１次元位置検出素子の縦方向と横方向との組み合わせであってもよい。

距離傾斜角度検出装置が、他の装置に組み込み可能に構成されていてもよい。

本発明のプロジェクタは、
投射面に画像を投射するプロジェクタにおいて、第１の態様では、上述の距離傾斜角度検出装置が組み込まれ、投射レンズの焦点調整がその距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物との距離によって行なわれる。

第２の態様では。上述の距離傾斜角度検出装置が組み込まれ、画像制御部における台形歪み補正がその距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物の基準面に対する傾斜角度に基づいて行なわれる。

第３の態様では、上述の距離傾斜角度検出装置が組み込まれ、投射レンズの焦点調整がその距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物との距離によって行なわれ、画像制御部における台形歪み補正がその距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物の基準面に対する傾斜角度に基づいて行なわれる。

３個の発光素子と固体撮像素子を搭載することにより、対象物までの距離と鉛直方向、および水平方向の傾斜角度を検出することが可能となる。プロジェクタ等に応用した場合、検出された傾斜角度から自動的に鉛直方向、および水平方向の傾斜角度による投射映像の上下・左右の台形補正が可能となる。また、発光素子として赤外線ＬＥＤを使用することにより、照射光を人間の視覚に見えぬ状態で測定が可能となる。

本発明は、水平方向に配置された２個の発光体と、２個の発光体の中間の位置から垂直方向に離れて配置された１個の発光体とからの投射面への投射点を水平方向に配置された２個の発光体の中間の位置に設けられた固体撮像素子で受像し、固体撮像素子におけるそれぞれの受像点の位置からそれぞれの発光体と投射点との距離を算出できるので、離れて投射された２個の輝点までの距離から基準線と投射面との傾斜角度を算出できて、プロジェクタに使用した場合は容易に投影装置の投射光軸と投射面との水平方向および／または垂直方向の傾斜角度を算出でき、表示部の映像の画素への配置を移動させることによって投射面に投射された映像の台形歪みを正しい状態に修正することができるという効果がある。

また、投射面に投射された投射点までの距離が算定できるので、投射レンズの焦点距離を自動調整でき、複数の発光体を用いた場合はその距離の平均値を用いることでより精密な調整ができるという効果がある。

さらに、発光体に赤外線ＬＥＤを使用すると、視覚に認識されずに距離や傾斜角度を算出できるという効果がある。

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。第１の実施の形態は距離角度検出装置である。図１は本発明の第１の実施の形態の距離傾斜角度検出装置の模式的ブロック構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の距離傾斜角度検出装置の角度検出センサ部の模式的外形図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図であり、図３は距離傾斜角度検出装置から投射された投射光の測定面上の輝点と固体撮像素子の輝点の入射点の状態を示す模式図であり（ａ）は投射光の測定面上の輝点、（ｂ）は固体撮像素子の輝点の入射点である。図４は距離傾斜角度検出装置から測定面に投射された投射光の反射光の状態を示す模式図であり、図５は図４において固体撮像素子上の輝点の入射点により測定面上の輝点と距離傾斜角度検出装置との距離の取得方法を説明するための模式的部分拡大図であり、（ａ）は測定面に対し基準線が垂直の場合、（ｂ）は測定面が基準線に対し水平方向に傾斜している場合である。

本発明の距離傾斜角度検出装置３０は、角度検出センサ部４０の３個の発光素子４１、４２、４３からそれぞれの投光レンズ４４、４５、４６を経由して所定の角度で測定面７５に投射光を投射する（ここでは測定対象面を測定面と略称する）（図３参照）。投射光により測定面７５上に形成された３個の輝点７６、７７、７８は撮像レンズ５１を経由して固体撮像素子５３上に３個の輝点の入射点８１、８２、８３を結像する（図３参照）。３個の輝点の入射点８１、８２、８３の固体撮像素子５３上の位置情報から距離傾斜角度検出装置３０に設けられて検出の基準となる基準面５７とそれぞれの輝点７６、７７、７８との垂直距離と、基準面５７に垂直な所定の基準線５８とそれぞれの輝点７６、７７、７８との水平距離とを算出する。得られた垂直距離と水平距離を用いて基準線５８に直交する面に対する測定面の水平方向と垂直方向の傾斜角度を算出する。ここで、検出の基準となる面を基準面５７とし、同じく検出の基準となる基準面２８に垂直な線を基準線５８とし、基準面５７と基準線５８との交点を基準点５９とする。基準面５７は通常角度検出センサ部４０の前面であり、基準点５９に撮像レンズ５１の中心が位置し、投光レンズ４４〜４６は基準面５７上に配置される。

本発明の第１の実施の形態の距離傾斜角度検出装置３０は、角度検出センサ部４０と受光位置解析距離傾斜角度算定部５４とを有し、受光位置解析距離傾斜角度算定部５４は画像処理・距離検出部５５と角度演算部５６とを有する。

角度検出センサ部４０は、距離傾斜角度検出装置３０における基準点５９上にその中心がくるように撮像レンズ５１が配置され、基準線５８上に中心がくるように固体撮像素子５３が配置されている。基準面５７上の基準点５９から水平方向の等距離の位置に中心が来るように第１の投光レンズ４４、第２の投光レンズ４５が配置され、第１の発光素子４１、第２の発光素子４２から出射された光線はそれぞれ第１の投光レンズ４４、第２の投光レンズ４５を経由して所定の同一の外開きの角度で基準線５８と投光レンズ４４、４５の中心を含む平面上に投射される。ここで、投射方向は同一の角度でなくてもよいが同一の角度のほうが画像処理・距離検出部５５および角度演算部５６における演算が容易となる。第１の投光レンズ４４、第２の投光レンズ４５の配置は基準点５９より等間隔でなくてもよいが、等間隔のほうが画像処理・距離検出部５５および角度演算部５６における演算が容易となる。また、基準点５９から投光レンズ４４、４５の中心を結ぶ線に垂直方向の下方に第３の投光レンズ４６が配置され、第３の発光素子４３から出射された光線は第３の投光レンズ４６を経由して所定の外開きの角度で基準線５８を含む垂直面上に投射される。従って、第１〜第３の発光素子４１〜４３から投射された投射光は測定面７５上に図３に示すような第１〜第３の輝点７６〜７８を形成し、この輝点７６〜７８が撮像レンズ５１を経由して固体撮像素子５３上にそれぞれの入射点８１〜８３を形成する。

画像処理・距離検出部５５は角度検出センサ部４０の固体撮像素子５３の画像を処理して、固体撮像素子５３の撮像画面８０における測定面７５のそれぞれの輝点７６、７７、７８の反射光の入射点８１、８２、８３の位置情報からそれぞれの輝点７５、７６、７７の基準面５７からの距離情報を算出する。角度演算部５６は得られた距離情報から基準線５８に直交する面に対する測定面７５の水平方向と垂直方向の傾斜角度を算出する。

第１〜第３の発光素子４１〜４３は発光体であれば特に限定されないが、大きさの点からＬＥＤ（発光ダイオード）が望ましい。また、赤外線ＬＥＤを使用すれば視覚に関係なく投射できるので、例えば測定面に投射されている画像があっても画像に障害を与えることなく距離と角度の計測が可能となる。

固体撮像素子５３としては、２次元の画像を形成するＣＣＤカメラでも２次元ＰＳＤ（位置検出素子）でもよい。入射点の位置はＣＣＤカメラでは画面でマトリックスを形成する画素の縦横の位置情報で検出され、２次元ＰＳＤでは両端の電極に到達した電荷の量から計算される。また１次元位置検出素子を縦方向と横方向に設けてもよい。

次に、距離傾斜角度検出装置３０における距離と傾斜角度の取得動作について説明する。距離傾斜角度検出装置３０の基準面５７が測定の基準面となるように測定面７５に対向させて距離傾斜角度検出装置３０を設置する。

図４には、水平方向に配置された第１の発光素子４１、第２の発光素子４２からの投射光３１、３２を示しており、第３の発光素子４３からの投射光については図示していないが第１の発光素子４１を９０°回転させた状態になっており、第１の発光素子４１から第１の輝点の入射点８１までの動作をそのまま適用できる。第１〜第３の発光素子４１〜４３を発光させると投射光３１〜３３（３３は不図示）は投光レンズ４４〜４６（４６は不図示）を経由して予め設定された方向と角度で測定面７５に進行し、測定面７５に第１の輝点７１、第２の輝点７２、第３の輝点７３を形成する。これらの輝点７１〜７３からの反射光３３、３４は撮像レンズ５１を経由して固体撮像素子５３にそれぞれの輝点７１〜７３に対応した入射点８１〜８３（８３は不図示）を形成する。固体撮像素子５３に形成された入射点８１〜８３の位置情報は固体撮像素子５３で取得されて画像処理・距離検出部５５に記憶され、記憶された位置情報からそれぞれの輝点の基準面５７からの垂直距離が算出される。

輝点の基準面からの垂直距離の算出方法について説明する。図４には基準面５７と平行で遠い測定面７５と近い測定面７６とが示されている。第１の投射光３１は測定面７５では第１の輝点７１を形成し、近い測定面７６では第４の輝点７７を形成する。第１の輝点７１からの第１の輝点の反射光３３は撮像レンズ５１を経由して固体撮像素子５３上に第１の輝点の入射点８１を形成し、第４の輝点７７からの第４の輝点の反射光３５は撮像レンズ５１を経由して固体撮像素子５３上に第４の輝点の入射点８４を形成する。このように測定面７５、７６までの距離に対応して輝点の入射点８１、８４が移動するので入射点の位置情報から輝点までの距離を算定できる。

図５（ａ）を参照して、輝点の基準面からの垂直距離Ｌ３の計算方法を説明する。ここで第１の投光レンズ４４、第２の投光レンズ４５、撮像レンズ５１は基準面５７上に１列に配置されており、第１の投光レンズ４４と第２の投光レンズ４５とは、基準線５８の通過する撮像レンズ５１の中心を中心点として対称に配置されているものとする。

図５（ａ）において、基準面５７と第１の輝点７１との垂直距離を求めるものとし、距離を示す記号を次のように定義して、Ｌ３を求める。第２の発光素子４２の輝点７２、第３の発光素子４３の輝点７３についても同様にして垂直距離を求めることができる。

Ｌ１：基準線５８と第１の投射レンズ５１のレンズ中心との水平方向の距離（既知）
Ｌ２：基準面５７と固体撮像素子５３受光面との距離（既知）
Ｌ３：基準面５７と第１の輝点７１との垂直距離
Ｌ４：基準線５８と第１の輝点７１との水平距離
Ｗ１：受光面と基準線５８との交点と第１の輝点の入射点８１との距離（変数）
α：第１の投射光３１の基準線５８と平行な線とのなす投射角度（既知）
これらの距離の間には、次のような関係が成立する。

（Ｌ４−Ｌ１）／Ｌ３＝ｔａｎα ∴ｔａｎα×Ｌ３＝（Ｌ４−Ｌ１）
Ｌ４／Ｗ１＝Ｌ３／Ｌ２ ∴Ｌ４＝（Ｗ１×Ｌ３）／Ｌ２）
∴ｔａｎα×Ｌ３＝[（Ｗ１×Ｌ３）／Ｌ２]−Ｌ１
Ｌ２×ｔａｎα×Ｌ３＝（Ｗ１×Ｌ３）−Ｌ１×Ｌ２
Ｌ３（Ｗ１−Ｌ２×ｔａｎα）＝Ｌ１×Ｌ２
Ｌ３＝（Ｌ１×Ｌ２）／（Ｗ１−Ｌ２×ｔａｎα）
Ｌ１、Ｌ２、αは既知数であり、変数Ｗ１を代入すれば基準面５７と第１の輝点７１との垂直距離Ｌ３が求められる。

なお、測定面７５の傾斜角度を求めるには基準線５８と第１の輝点７１との水平距離Ｌ４を求める必要があるが、上述のようにＬ４＝（Ｗ１×Ｌ３）／Ｌ２なのでＬ３がもとめられるとＬ４も算出できる。

算出されたそれぞれの輝点７１、７２、７３の基準面と輝点との垂直距離および基準線と輝点との水平距離は画像処理・距離検出部５５に記憶され、要求により直接外部に、あるいは角度演算部５６に送出される。

次に、画像処理・距離検出部５５に記憶された基準面５７と輝点との垂直距離および基準線５８と輝点との水平距離に基づいて、基準線５８に垂直な平面に対する測定面７５の水平方向の傾斜角度θｈの算出する方法について図５（ｂ）を参照して説明する。図から
ｔａｎθｈ＝（Ｌ３−Ｌ５）／（Ｌ４＋Ｌ６） なので、
θｈ＝ｔａｎ^-1〔（Ｌ３−Ｌ５）／（Ｌ４＋Ｌ６）〕 であり、第２の輝点７２について固体撮像素子５３上のＷ２の位置情報からＬ５、Ｌ６を求めることにより、水平方向の傾斜角度θｈを求めることができる。

基準線５８に垂直な平面に対する測定面７５の鉛直方向の傾斜角度θｖの算出は、基準線５８と測定面７５との交点の基準面５７からの垂直距離は （Ｌ３＋Ｌ５）／２ で求められ、不図示の第３の輝点７３の基準面５７からの垂直距離と輝点７３の基準線からの垂直距離は第１の輝点７１と同様に求められるので、水平方向の傾斜角度θｈと同様に垂直方向の傾斜角度θｖを求めることができる。

求められた測定面７５の水平方向の傾斜角度θｈと垂直方向の傾斜角度θｖは、角度演算部５６に記憶されて、要求により外部に送出される。

垂直方向の傾斜角度θｖを求める必要がない場合は、第３の発光素子４３および第３の投光レンズ４６は設けなくてもよい。

上述の距離や傾斜角度はその都度計算により求めてもよいが、あらかじめ固体撮像素子５３における輝点の入射点の位置Ｗと距離や傾斜角度との関係を示すテーブルを作成して記憶しておいてそのテーブルを参照して求めてもよく、計算のための負荷が軽減できる。

次に、本発明の実施の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。第２の実施の形態は第１の実施の形態の距離角度検出装置を備えたプロジェクタである。図６は本発明の第２の実施の形態の距離傾斜角度検出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７は本発明の第２の実施の形態の距離傾斜角度検出装置を有するプロジェクタの模式図であり（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は固体撮像素子の撮像画面の模式図である。

本発明のプロジェクタ１０は、投影装置２０と投射面７０との距離と、投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との傾斜角度を算定するために第１の実施の形態の距離傾斜角度検出装置３０を有しており、算出された距離によって投射レンズ２１の焦点距離が調整され、算出された傾斜角度に従って表示部２２の出力映像を制御することにより投射面７０の映像の歪が補正される。

プロジェクタ１０は、投射レンズ２１と表示部２２と投射レンズ２１の焦点を調整する焦点調整部２４とを有する投影装置２０と、表示部２２の映像を制御する画像制御部２３と、距離傾斜角度検出装置３０と、全体の動作を制御する中央処理装置６０とを備える。

距離傾斜角度検出装置３０が算出した距離によって焦点調整部２４を介して投射レンズ２１の焦点距離が調整され、算定した傾斜角度に従って表示部２２の出力映像を制御することにより投射面７０の映像の歪が補正される。映像の歪の補正は中央処理装置６０によって所定の手順で自動的に行われる。

距離傾斜角度検出装置３０の構成と動作とは第１に実施の形態と同じなので、同じ構成には同一の符号を付し説明を省略する。

受光位置解析距離傾斜角度算定部５４は、固体撮像素子５３で取得した投射面７０上の輝点からの反射光の入射点の位置情報から、角度検出センサ部４０の基準面５７と投射面７０上の輝点との垂直距離を算定する。ここで基準面５７と直交し撮像レンズ５１の中心を通る基準線５８は投射レンズ２１の光軸２７と平行するように設定されている。例えば投射レンズ２１の焦点距離を第１の発光素子４１が形成する投射面７０上の第１の輝点を基準として設定するのであれば、第１の輝点の入射点８１から算定された投射面７０上の輝点と基準面５７との垂直距離によって受光位置解析距離傾斜角度算定部５４が画像制御部２３を経由して焦点調整部２４を操作して焦点距離をこの距離に設定する。

撮像レンズ５１の中心を通る基準線５８から第１の輝点７１までの基準面５７に平行な距離は、第１の実施の形態で説明したように、垂直距離と、第１の発光素子４１からの投射角度と、撮像レンズ５１中心と第１の投射レンズ４４中心との間隔とから算定される。

第２の発光素子４２についても第１の発光素子４１と同様に垂直距離と水平距離とが算出できる。もし、焦点距離の調整を撮像レンズ５１の中心を通る基準線５８上で行うのであれば、第１の発光素子４１と第２の発光素子４２とから求められたそれぞれの垂直距離の平均値を求めて焦点調整部２４を調整すればよい。

投射面７０と投射光軸２７に垂直な面との傾斜角度を算定するには、第１の発光素子４１と第２の発光素子４２の投射面７０上の輝点の基準面５７からの垂直距離の差と基準線５８からのそれぞれの水平方向の距離の和から三角関数の正接（ｔａｎ）で求めることができる。求めた傾斜角度を画像制御部２３に出力すると、画像制御部２３は台形歪みを補正するように傾斜角度に基づいて表示部２２の出力映像を制御する。ここで水平方向とはプロジェクタ１０が通常の使用状態で設置されたときの水平方向を指すものとする。

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。

次に、本発明の第２の実施の形態の距離傾斜角度検出装置を有するプロジェクタにおける距離と傾斜角度の算定方法について説明する。

図７に示されるように、撮像レンズ５１はプロジェクタ１０の前面に設けられおり、第１の投光レンズ４４および第２の投光レンズ４５は撮像レンズ５１から水平反対方向に所定の間隔をおいて配置され、第３の投光レンズ４６は撮像レンズ５１から鉛直下方向に所定の間隔をおいて配置されており、固体撮像素子５３は、撮像レンズ５１を通過する投射面７０の輝点からの反射光を受光するように、プロジェクタ１０の筐体の内部に垂直方向に設けられている。第１の実施の形態で説明したように撮像画面８０には第１の輝点の入射点８１、第２の輝点の入射点８２、第３の輝点の入射点８３が形成される。距離傾斜角度検出装置３０の撮像レンズ５１の中心を通る基準線５８はプロジェクタ１０の投射光軸２７と平行になるように設定されている。

第１の実施の形態で説明したように、距離傾斜角度測定動作中は、第１の発光素子４１、第２の発光素子４２、第３の発光素子４３からの光線は、それぞれ第１の投光レンズ４４、第２の投光レンズ４５、第３の投光レンズ４６を経由して基準面５７の基準線５８との交点を通る水平線または鉛直線に対し所定の角度で出射されて第１の実施の形態の測定面７５に相当する投射面７０上にそれぞれ第１の輝点７１、第２の輝点７２、第３の輝点７３を形成する。

図７（ｃ）に示す固体撮像素子５３の撮像画面８０に形成された第１の輝点の入射点８１、第２の輝点の入射点８２、第３の輝点の入射点８３に基づく距離・傾斜角度の取得方法は第１の実施の形態で詳細に説明したのでここでは説明を省略する。

プロジェクタ１０と投射面７０との距離はいずれかの輝点の距離を近似値として焦点調整部２４で投射レンズ２１の焦点調整を行ってもよいが、第１の輝点と第２の輝点の距離の平均値を用いればより精密に焦点調整部２４を制御することができる。

投射面７０は壁やスクリーンを用いる場合などには垂直面となっていることが多く、投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０上の垂直線との間で形成される傾斜角度が９０°に近い場合には垂直方向の映像の歪みが余り出ないので、第１の輝点の入射点８１と第２の輝点の入射点８２の位置情報から上述の方法で求められた水平方向の傾斜角度だけで歪み調整を行っても余り問題はない。しかし、上向きの投射などで垂直方向の傾斜がある場合は、第３の輝点の入射点８３の位置情報を加えて求めた垂直方向の傾斜角度を加えて歪み補正を行うことが望ましい。

受光位置解析距離傾斜角度算定部５４では、算出された投影装置２０の投射光軸２７と直交する面と投射面７０との間で形成される水平方向の傾斜角度と、投影装置２０の投射光軸２７と直交する面と投射面７０との間で形成される垂直方向の傾斜角度とを角度演算部５６から画像制御部２３に出力し、画像制御部２３は入力した水平方向と垂直方向の傾斜角度に対する歪み調整を行う。

図８は固体撮像素子における投射面の輝点の入射点の位置情報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。受光位置解析距離傾斜角度算定部５４が、固体撮像素子５３の第１の輝点の入射点８１の位置情報Ｗ１から投射面７０の右輝点までの距離を算出し（ステップＳ１１）、第２の輝点の入射点８２の位置情報Ｗ２から投射面７０の左輝点までの距離を算出して（ステップＳ１２）、投射面７０までの距離の平均値を算出して（ステップＳ１３）、画像制御部２３を経由して焦点調整部２４に出力する。第１の輝点の入射点８１の位置情報Ｗ１および第２の輝点の入射点８２の位置情報Ｗ２を基に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Ｓ１４）、第１の輝点の入射点８１の位置情報Ｗ１、第２の輝点の入射点８２の位置情報Ｗ２、第３の輝点の入射点８３の位置情報Ｈを元に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との垂直方向傾斜角度を生成し（ステップＳ１５）、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Ｓ１６）、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Ｓ１７）、入力映像２８が修正されて表示部２２で出力映像２９となる。この出力映像２９は投射面７０に投射されると入力映像２８と相似の映像となる。また、反射面７０までの距離の平均値によって焦点調整部２４のフォーカスサーボモータが制御されて投射レンズ２１の焦点を投射面７０に合わせることができる。

本発明の第１の実施の形態の距離傾斜角度検出装置の模式的ブロック構成図である。 本発明の第１の実施の形態の距離傾斜角度検出装置の角度検出センサ部の模式的外形図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。 距離傾斜角度検出装置から投射された投射光の測定面上の輝点と固体撮像素子の輝点の入射点の状態を示す模式図であり（ａ）は投射光の測定面上の輝点、（ｂ）は固体撮像素子の輝点の入射点である。 距離傾斜角度検出装置から測定面に投射された投射光の反射光の状態を示す模式図である。 図４において固体撮像素子上の輝点の入射点により測定面上の輝点と距離傾斜角度検出装置との距離の取得方法を説明するための模式的部分拡大図であり、（ａ）は測定面に対し基準線が垂直の場合、（ｂ）は測定面が基準線に対し水平方向に傾斜している場合である。 本発明の第２の実施の形態の距離傾斜角度検出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。 本発明の第２の実施の形態の距離傾斜角度検出装置を有するプロジェクタの模式図であり（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は固体撮像素子の撮像画面の模式図である。 固体撮像素子における投射面の輝点の入射点の位置情報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。

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 焦点調整部
２７ 投射光軸
２８ 入力映像
２９ 出力映像
３０ 距離傾斜角度検出装置
３１ 第１の投射光
３２ 第２の投射光
３３ 第１の輝点の反射光
３４ 第２の輝点の反射光
３５ 第４の輝点の反射光
３６ 第５の輝点の反射光
４０ 角度検出センサ部
４１ 第１の発光素子
４２ 第２の発光素子
４３ 第３の発光素子
４４ 第１の投光レンズ
４５ 第２の投光レンズ
４６ 第３の投光レンズ
５１ 撮像レンズ
５３ 固体撮像素子
５４ 受光位置解析距離傾斜角度算定部
５５ 画像処理・距離検出部
５６ 角度演算部
５７ 基準面
５８ 基準線
５９ 基準点
６０ 中央処理装置
７０ 投射面
７１ 第１の輝点
７２ 第２の輝点
７３ 第３の輝点
７５、７６ 測定面
７７ 第４の輝点
７８ 第５の輝点
８０ 撮像画面
８１ 第１の輝点の入射点
８２ 第２の輝点の入射点
８３ 第３の輝点の入射点
８４ 第４の輝点の入射点
８５ 第５の輝点の入射点
９０ 置き台
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ

Claims (15)

1. 測定の基準となる基準面を有し、該基準面から測定対象面までの垂直距離と、前記基準面に対する前記測定対象面の水平方向の傾斜角度を検出する距離傾斜角度検出装置であって、
   角度検出センサ部と受光位置解析距離傾斜角度算定部とを有し、
   前記角度検出センサ部は、
   前記基準面と該基準面に直交する基準線との交点である基準点に中心が配置された撮像レンズと、
   前記測定対象面に投射された輝点からの反射光が前記撮像レンズを経由して入射して入射点を形成する固体撮像素子と、
   前記基準面上に前記基準点を中心としてそれぞれが反対の水平方向に所定の間隔で配置された２個の投光レンズと、
   それぞれが、前記２個の投光レンズを経由して前記基準線に対して所定の方向と角度で離れるように投射光を前記測定対象面に投射して、該測定対象面に輝点を形成する２個の発光素子と、を有し、
   前記受光位置解析距離傾斜角度算定部は、
   前記固体撮像素子に形成された前記輝点の入射点の位置情報に基づいて、該輝点の前記基準面からの垂直距離と、該輝点の前記基準線からの垂直距離とを検出する画像処理・距離検出部と、
   複数の前記輝点の前記基準面からの垂直距離と前記基準線からの垂直距離とに基づいて、前記基準線に直交する平面に対する前記測定対象面の水平方向の傾斜角度を演算する角度演算部とを有する、距離傾斜角度検出装置。
2. 測定の基準となる基準面を有し、該基準面から測定対象面までの垂直距離と、前記基準面に対する前記測定対象面の水平方向および鉛直方向の傾斜角度を検出する距離傾斜角度検出装置であって、
   角度検出センサ部と受光位置解析距離傾斜角度算定部とを有し、
   前記角度検出センサ部は、
   前記基準面と該基準面に直交する基準線との交点である基準点に中心が配置された撮像レンズと、
   前記測定対象面に投射された輝点からの反射光が前記撮像レンズを経由して入射して入射点を形成する固体撮像素子と、
   前記基準面上に前記基準点を中心としてそれぞれが反対の水平方向に所定の間隔で配置された２個の投光レンズ、および前記基準面上に前記２個の投光レンズを結ぶ線と直交する方向に前記基準点から所定の間隔で配置された１個の投光レンズと、
   それぞれが、前記３個の投光レンズを経由して前記基準線から所定の方向と角度で離れるように投射光を前記測定対象面に投射して、該測定対象面に輝点を形成する３個の発光素子と、を有し、
   前記受光位置解析距離傾斜角度算定部は、
   前記固体撮像素子に形成された前記輝点の入射点の位置情報に基づいて、該輝点の前記基準面からの垂直距離と、該輝点の前記基準線からの垂直距離とを検出する画像処理・距離検出部と、
   複数の前記輝点の前記基準面からの垂直距離と前記基準線からの垂直距離とに基づいて、前記基準線に直交する平面に対する前記測定対象面の水平方向並びに鉛直方向の傾斜角度を演算する角度演算部とを有する、距離傾斜角度検出装置。
3. 前記測定対象面と前記基準面との垂直距離は、いずれかの前記輝点の前記基準面からの垂直距離として求められる、請求項１または請求項２に記載の距離傾斜角度検出装置。
4. 前記測定対象面と前記基準面との垂直距離は、前記基準面上に前記基準点を中心としてそれぞれが反対方向に所定の間隔で配置された２個の投光レンズを経由して投射ざれた前記輝点の前記基準面からの垂直距離の平均値として求められる、請求項１または請求項２に記載の距離傾斜角度検出装置。
5. 前記輝点の前記基準面からの垂直距離と前記基準線からの垂直距離は、既知である前記基準線と前記投射レンズのレンズ中心との水平方向の距離、前記基準面と前記固体撮像素子受光面との距離、および投射光の前記基準線と平行な線とのなす投射角度を固定値とし、前記固体撮像素子の受光面と前記基準線との交点と前記輝点の入射点との距離を変数とする計算式により求められる、請求項１または請求項２に記載の距離傾斜角度検出装置。
6. 前記輝点の前記基準面からの垂直距離と前記基準線からの垂直距離は、計算式により予め作成された前記固体撮像素子の受光面と前記基準線との交点と前記輝点の入射点との距離を変数とするテーブルにより求められる、請求項１または請求項２に記載の距離傾斜角度検出装置。
7. 前記発光素子がＬＥＤ（発光ダイオード）である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の距離傾斜角度検出装置。
8. 前記発光素子の投射光が赤外線である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の距離傾斜角度検出装置。
9. 前記固体撮像素子がＣＣＤカメラである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の距離傾斜角度検出装置。
10. 前記固体撮像素子が２次元ＰＳＤ（位置検出素子）である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の距離傾斜角度検出装置。
11. 前記固体撮像素子が１次元位置検出素子の縦方向と横方向との組み合わせである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の距離傾斜角度検出装置。
12. 前記距離傾斜角度検出装置が、他の装置に組み込み可能に構成されている、請求項１から請求項１１に記載の距離傾斜角度検出装置。
13. 投射面に画像を投射するプロジェクタにおいて、
    請求項１２に記載の距離傾斜角度検出装置が組み込まれ、投射レンズの焦点調整が該距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物との距離によって行なわれることを特徴とするプロジェクタ。
14. 投射面に画像を投射するプロジェクタにおいて、
    請求項１２に記載の距離傾斜角度検出装置が組み込まれ、画像制御部における台形歪み補正が該距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物の基準面に対する傾斜角度に基づいて行なわれることを特徴とするプロジェクタ。
15. 投射面に画像を投射するプロジェクタにおいて、
    請求項１２に記載の距離傾斜角度検出装置が組み込まれ、投射レンズの焦点調整が該距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物との距離によって行なわれ、画像制御部における台形歪み補正が該距離傾斜角度検出装置で検出された被測定物の基準面に対する傾斜角度に基づいて行なわれることを特徴とするプロジェクタ。

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