JP2007006093A - 投影装置、投影制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の設置状態に拘わらず、確実に適正な方向で台形補正した画像を投影する。
【解決手段】投影対象に向けて画像を投影する光源ランプ29、マイクロミラー素子27、投影レンズ12を含む投影部と、投影対象の複数位置までの距離を検出する測距センサ13及び測距処理部36と、装置の設置姿勢を検出する加速度センサ40及び姿勢処理部39と、上記距離及び姿勢の検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す制御部35とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、特に自動合焦機能及び自動台形補正機能を有するプロジェクタ等に好適な投影装置、投影制御方法及びプログラムに関する。

プロジェクタ装置の一部では、投影レンズ近傍に位相差センサを設けて投影対象のスクリーン等までの距離を測定し、自動的に合焦位置を調整する自動合焦機能を有するだけでなく、プロジェクタとスクリーン等の相対的な位置関係、具体的には投影光軸に対する投影面の傾きの方向とその度合いとを検出して、本来であれば歪んだ矩形の画像が投影されるところを予め表示素子側で逆方向に歪んだ光像を形成して投影を行なうことで投影される画像を正規のアスペクト比の画像となるように投影させる、自動台形補正機能を有した機種が製品化されている。

特許文献においても、投射光の光軸に対するスクリーンの傾き角度を正確に検出するべく、２つの位相差方式の測距センサがそれぞれ直交するように投影レンズ近傍に配置し、制御部がこれら測距センサを制御して、スクリーン上の複数の測距ポイントまでの距離を計測し、計測した距離に基づいてスクリーンの傾き角度を演算し、演算した傾き角度を台形補正部及び光学メカ部に供給するようにした技術が考えられている。（例えば、特許文献１）
特開２００５−００６２２８号公報

しかしながら、上記特許文献の技術も含め、位相差センサによりスクリーンまでの測距を行ない、得た複数、少なくとも３点以上の距離から投影光軸に対するスクリーンの傾きを算出して台形補正等を実行する方法は、あくまでもプロジェクタ装置と投影対象のスクリーンとの相対的な位置関係に対応して、プロジェクタ装置がスクリーンに実際に投影される画像を正しいアスペクト比の矩形とするように変形するものである。

この場合、プロジェクタ装置の設置されている位置によって、スクリーンの中心位置より下方から仰角をもって投影しているか、あるいは天吊り金具等を用いて俯角をもって投影しているかの別はあっても、プロジェクタ装置に左右方向の傾きはなく、例えば出射する矩形の投影画像の横方向の長辺が水平であることを前提とした上で台形補正を行なうことになる。

したがって、もしプロジェクタ装置自体が左右いずれかに傾いて設置されていた場合、台形補正後にスクリーンに投影される矩形の画像も例えば横方向の長辺が水平ではなく傾いた状態となるので、その画像を見る者にとっては不自然で見づらくなってしまうという不具合がある。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置の設置状態に拘わらず、確実に適正な方向で台形補正した画像を投影することが可能な投影装置、投影制御方法及びプログラムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、投影対象に向けて画像を投影する投影手段と、この投影手段で画像を投影する投影対象の複数位置までの距離を検出する第１の検出手段と、装置の設置姿勢を検出する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出手段での検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう上記投影手段で投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す投影制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記第１の検出手段は、互いに直交する方向に設置された２対の位相差センサを用いることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記第２の制御手段は、共に重力方向に直交する２軸の傾きを少なくとも検出可能な加速度センサを用いることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、投影対象に向けて画像を投影する投影部と、この投影部で画像を投影する投影対象の複数位置までの距離を検出する第１の検出部と、装置の設置姿勢を検出する第２の検出部とを備えた投影装置の投影制御方法であって、上記第１及び第２の検出部での検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう上記投影手段で投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す投影制御工程とを有したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、投影対象に向けて画像を投影する投影部と、この投影部で画像を投影する投影対象の複数位置までの距離を検出する第１の検出部と、装置の設置姿勢を検出する第２の検出部とを備えた投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、上記第１及び第２の検出部での検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう上記投影手段で投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す投影制御ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、装置の設置状態に拘わらず、確実に適正な方向で台形補正した画像を投影することができる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、投影対象となるスクリーン等の面の広い領域に渡ってその傾きの方向と度合いとをより正確に検出することができる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、例えば水平ではない台上に設置された場合など、装置の設置状態にも影響を受けず、より確実に適正な方向で台形補正した画像を投影することができる。

請求項４記載の発明によれば、装置の設置状態に拘わらず、確実に適正な方向で台形補正した画像を投影させることができる。

請求項５記載の発明によれば、装置の設置状態に拘わらず、確実に適正な方向で台形補正した画像を投影させることができる。

以下本発明をプロジェクタ装置に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１は、同実施の形態に係るプロジェクタ装置１０の主として筐体前面及び上面の外観構成を示すものである。同図に示すように、直方体状の本体ケーシング１１の前面に、投影レンズ１２、測距センサ１３、及びＩｒ受信部１４が配設される。

投影レンズ１２は、後述するマイクロミラー素子でなる空間的光変調素子で形成された光像を拡大してスクリーン等の対象に投影するためのものであり、ここでは合焦位置及びズーム位置（投影画角）を任意に可変できるものとする。

測距センサ１３は、２対の位相差センサの一方が水平方向、他方が垂直方向となるように互いに直交する方向に配置され、それぞれ被写体像に対する視差から三角測距の原理に基づいて投影対象までの距離を一次元的な検出ラインに沿って測定する。

Ｉｒ受信部１４は、図示しないこのプロジェクタ装置１０のリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光（Ｉｒ）信号を受信する。

また、本体ケーシング１１の上面には、キースイッチ部１５及びスピーカ１６が配設される。
キースイッチ部１５は、例えば電源キー、ＡＦ／ＡＫ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｏｃｕｓ／Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｋｅｙ−ｓｔｏｎｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：自動合焦／自動台形補正）キー、ズームキー、入力選択キー、カーソル（「↑」「↓」「←」「→」）キー、「Ｅｎｔｅｒ」キー等からなるもので、同様のキーがこのプロジェクタ装置１０のリモートコントローラにも配設されるものとする。

スピーカ１６は、入力された音声信号及び動作時のビープ音等を拡声放音する。

また、図示はしないが本体ケーシング１１の背面には、入出力コネクタ部、Ｉｒ受信部、及びＡＣアダプタ接続部が配設される。
入出力コネクタ部は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置との接続のためのＵＳＢ端子、映像入力用のミニＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、及びＲＣＡ端子と、音声入力用のステレオミニ端子等からなる。

Ｉｒ受信部は、上記Ｉｒ受信部１４と同様に、図示しないリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光（Ｉｒ）信号を受信する。
ＡＣアダプタ接続部は、電源となる図示しないＡＣアダプタからのケーブルを接続する。

次に図２により上記プロジェクタ装置１０の電子回路の機能構成について説明する。図中、入出力コネクタ部２１より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２２、システムバスＳＢを介して画像変換部２３で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に、投影エンコーダ２４へ送られる。

投影エンコーダ２４は、送られてきた画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して投影駆動部２６に出力する。

この投影駆動部２６は、送られてきた画像信号に対応して適宜フレームレート、例えば例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動で空間的光変調素子（ＳＯＭ）である例えばマイクロミラー素子２７を表示駆動する。

このマイクロミラー素子２７に対して、リフレクタ２８内に配置された光源ランプ２９が出射する高輝度の白色光を、カラーホイール３０を介して適宜原色に着色し、ライトトンネル３１で輝度分布を均一化した後にミラー３２で全反射して照射することで、その反射光で光像が形成され、上記投影レンズ１２を介してここでは図示しないスクリーンに投影表示される。

しかるに、光源ランプ２９の点灯駆動と、カラーホイール３０を回転駆動するモータ（Ｍ）３３はいずれも投影光処理部３４からの供給電圧に基づいて動作する。

上記各回路のすべての動作制御を司るのが制御部３５である。この制御部３５は、ＣＰＵと、投影動作時に該ＣＰＵで実行される動作プログラム等を記憶した不揮発性メモリ、及びワークメモリなどにより構成される。

この制御部３５にはまた、上記システムバスＳＢを介して測距処理部３６、音声処理部３７、及び姿勢処理部３９が接続される。

測距処理部３６は、上記２対の位相差センサからなる測距センサ１３を制御駆動し、それらの検出出力から任意の点位置までの距離を算出するもので、算出された距離値データは上記制御部３５へ送られる。

音声処理部３７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、上記スピーカ１６を駆動して拡声放音し、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

姿勢処理部３９は、例えば重力方向を含む互いに直交する３軸に対する各変位角度を検出可能な加速度センサ４０からの検出信号を受けて、水平方向に対する上記投影レンズ１２の投影光軸の仰俯角と、重力方向に対するこのプロジェクタ装置１０の左右の傾き（投影光軸を中心とした回転角度）とを算出して上記制御部３５へ送出する。

なお、上記キースイッチ（ＳＷ）部１５における各キー操作信号が直接制御部３５に入力されると共に、Ｉｒ受信部３８からの信号も直接制御部３５に入力される。このＩｒ受信部３８は、上記Ｉｒ受信部１４及び本体ケーシング１１の背面側に設けられるＩｒ受信部を含み、その赤外光受信信号をコード信号化して制御部３５に送出する。

次に上記実施の形態の動作について説明する。
図３は、キースイッチ部１５の「ＡＦＫ」キーの操作に対する処理内容を示すもので、その動作制御は基本的に制御部３５が実行する。

その当初には、キースイッチ部１５の「ＡＦＫ」キーが操作されたか否かを繰返し判断することで、「ＡＦＫ」キーの操作を待機する（ステップＳ０１）。
しかして、「ＡＦＫ」キーが操作されるとこれをステップＳ０１で判断し、まず測距センサ１３により投影対象となるスクリーンまでの距離を測定する（ステップＳ０２）。

これは、具体的には、測距用のチャート画像を投影し、まず測距センサ１３を構成するうちの一方、水平方向に並列配置された一対の位相差センサにより投影範囲の左右両端の各ポイントまでの距離を得た後、今度は垂直方向に並列配置されたもう一対の位相差センサにより投影範囲の上下両端の各ポイントまでの距離を得る。

これら上下左右各ポイントまでの距離を得ることにより、投影レンズ１２の投影光軸におけるスクリーンまでの距離と、投影光軸に対するスクリーンの傾きの方向と度合い（角度）とを算出することができ、プロジェクタ装置１０と投影対象のスクリーンとの相対的な位置関係を把握することができる。

次いで、加速度センサ４０を用いて本体ケーシング１１が設置されている姿勢（傾き）を測定する（ステップＳ０３）。上述した如く加速度センサ４０は、例えば重力方向を含む互いに直交する３軸に対する各変位角度を検出可能なものでなり、この加速度センサ４０からの検出信号を受けた姿勢処理部３９は、水平方向に対する上記投影レンズ１２の投影光軸の仰俯角と、重力方向に対するこのプロジェクタ装置１０の左右の傾き（投影光軸を中心とした回転角度）とを算出して上記制御部３５へ送出する。

これら各センサの検出結果に対応して制御部３５は、台形補正及び回転補正に必要な角度を算出する（ステップＳ０４）。
いま、図４に示すようなｘｙｚ空間（左手系）において、図中に示す如く投影対象となるスクリーンＳＣをｚ＝１の平面とし、プロジェクタ装置１０の投影中心を原点Ｏ、同プロジェクタの右方、上方、及び前方（投影光軸方向）の各単位ベクトルをＤx，Ｄy，Ｄzとし、行列Ｒ＝（Ｄx，Ｄy，Ｄz）とする。

このとき、表示素子座標からスクリーン座標への変換は、原点Ｏから

の方向に伸びる直線がｚ＝１の平面と交わる点を求めればよいので、

であることがわかる。

この行列Ｒを、測距センサ１３を構成する水平垂直各方向の位相差センサと、上記加速度センサ４０から取得した角度を用いて決定する。
行列Ｒは回転行列であるので、以下のようにあらわすことができる。すなわち、

まず、上記行列式中のβとγを測距センサ１３を構成する諫粗センサの値を用いて決定する。

なお、ここではプロジェクタ座標で扱う方が演算が容易となるため、プロジェクタ装置１０の原点ＯとスクリーンＳＣとをＲ^-1＝Ｒ_γ ^-1Ｒ_β ^-1Ｒ_α ^-1だけ回転する。

プロジェクタ装置１０の右方向、上方向、及び前方向がそれぞれｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸と一致するようになり、

これより、測距センサ１３を構成する各位相差センサから得られる角度をそれぞれθ_ｘ，θ_ｙとすると、

となる。

次に、αの値を求める。

投影画像がスクリーンＳＣ上で傾いていない状態とは、換言すれば矩形の投影画像の上辺と下辺が重力方向に直交する（＝水平である）場合であるので、重力方向はｘ軸に直交するものと仮定してもよいので、ここでは

と置くものとする。

加速度センサ４０がプロジェクタ装置１０の右方向及び前方向の変化量として取得する値（９０°で１とする）をそれぞれＦ_ｘ，Ｆ_ｚとし、上方向の加速センサが取得する値をＦ_ｙとすると、プロジェクタ装置１０が受ける重力の関係により

が成り立つ。これを変形すると、

が得られるので、図４中のδ≠±（π／２）の場合にはαとδとを求めることができる。なお、Ｆ_ｙの値は予め設定などで得られるものとする。
また、δ＝±（π／２）である場合、すなわちスクリーンＳＣが水平に張架されている場合には、投影画像を回転すべき方向が定まらないのは明らかなので、ここではその可能性については除外するものとする。

以上により、位相差センサで得られる角度θ_ｘ，θ_ｙと上記加速度センサ４０で得られる値Ｆ_ｘ，Ｆ_ｚとにより行列Ｒ及び表示素子座標と投影座標の変換関数を決定することができる。

しかるに、上記ステップＳ０４でこれら必要な角度を算出した後、これをマイクロミラー素子２７で投影画像を表示するための予め用意されている演算式で各種パラメータに変換し（ステップＳ０５）、変換した各種パラメータを設定変更することで、以後、マイクロミラー素子２７で表示される画像がプロジェクタ装置１０とスクリーンＳＣとの相対的な位置関係、並びにプロジェクタ装置１０が設置されている姿勢を考慮して、スクリーンＳＣ上で画像中の水平が正しく水平に投影されるような変形及び回転を施した投影動を実行させることができる（ステップＳ０６）。この動作以後、「ＡＦＫ」キーの操作に備えて再びステップＳ０１からの待機処理に戻る。

このように、プロジェクタ装置１０を設置下際の姿勢等に拘わらず、確実に適正な方向で台形補正した画像を投影することができる。つまり、プロジェクタ装置10が水平ではない台上に設置された場合や、プロジェクタ装置１０を傾けて設置した場合、スクリーンＳＣが上下傾いて設置されてプロジェクタ装置１０もそのスクリーンＳＣに対して横斜めに設置している場合など、様々な場合にも常にスクリーンＳＣ認識適正に台形補正された画像を投影することができる。

加えて、上記実施の形態では、スクリーンＳＣまでの相対的な距離を、互いに直交する方向に設置された２対の位相差センサからなる測距センサ１３を用いて測定するものとしたので、投影対象となるスクリーンＳＣの面の広い領域に渡ってその傾きの方向と度合いとをより正確に検出することができる。

さらに、上記実施の形態では、プロジェクタ装置１０自体の絶対的な設置姿勢を検出する手段として、重力方向を含む３軸（ｘｙｚ軸）の各傾きを検出する加速度センサ４０を用いるものとして説明したが、正確には共に重力方向に直交する２軸の傾きを少なくとも検出可能なものであれば、プロジェクタ装置としてはその姿勢を検出するのに充分であり、例えば水平ではない台上に設置された場合など、装置の設置状態にも影響を受けず、より確実に適正な方向で台形補正した画像を投影させることができる。

なお、位相差センサに代えて赤外線等を投影対象に向けて出射し、その反射波を受信して時間差により投影対象との距離を測定するアクティブオートフォーカス方式の測距手段を採ることも考えられる。

また、プロジェクタ装置１０本体の姿勢を検出する手段として、上記少なくとも２軸の加速度センサに代えて、ユーザが手動あるいは電動で設定した可変脚部の各脚長を例えばロータリエンコーダ等を用いて検出するものとしてもよい。

その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。

さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の実施の一形態に係るプロジェクタ装置の外観構成を示す斜視図。 同実施の形態に係る電子回路の機能構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るＡＦＫキー操作に対応した処理内容を示すフローチャート。 同実施の形態に係るプロジェクタ装置とスクリーンとの位置関係を説明する図。

符号の説明

１０…プロジェクタ装置、１１…本体ケーシング、１２…投影レンズ、１３…測距センサ、１４…Ｉｒ受信部、１５…キースイッチ部、１６…スピーカ、２１…入出力コネクタ部、２２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、２３…画像変換部、２４…投影エンコーダ、２５…ビデオＲＡＭ、２６…投影駆動部、２７…マイクロミラー素子、２８…リフレクタ、２９…光源ランプ、３０…カラーホイール、３１…ライトトンネル、３２…ミラー、３３…モータ（Ｍ）、３４…投影光処理部、３５…制御部、３６…測距処理部、３７…音声処理部、３８…Ｉｒ受信部、３９…姿勢処理部、４０…加速度センサ、ＳＢ…システムバス、ＳＣ…スクリーン。

Claims (5)

1. 投影対象に向けて画像を投影する投影手段と、
   この投影手段で画像を投影する投影対象の複数位置までの距離を検出する第１の検出手段と、
   装置の設置姿勢を検出する第２の検出手段と、
   上記第１及び第２の検出手段での検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう上記投影手段で投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す投影制御手段と
   を具備したことを特徴とする投影装置。
2. 上記第１の検出手段は、互いに直交する方向に設置された２対の位相差センサを用いることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記第２の制御手段は、共に重力方向に直交する２軸の傾きを少なくとも検出可能な加速度センサを用いることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
4. 投影対象に向けて画像を投影する投影部と、この投影部で画像を投影する投影対象の複数位置までの距離を検出する第１の検出部と、装置の設置姿勢を検出する第２の検出部とを備えた投影装置の投影制御方法であって、
   上記第１及び第２の検出部での検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう上記投影手段で投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す投影制御工程と
   を有したことを特徴とする投影制御方法。
5. 投影対象に向けて画像を投影する投影部と、この投影部で画像を投影する投影対象の複数位置までの距離を検出する第１の検出部と、装置の設置姿勢を検出する第２の検出部とを備えた投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、
   上記第１及び第２の検出部での検出結果に基づき、画像が投影対象面上で正規のアスペクト比の水平方向が正しい矩形として投影されるよう上記投影手段で投影する画像に変形及び回転の少なくとも一方の処理を施す投影制御ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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