JP2008033136A - プロジェクタおよび投射画像調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造体上に投射される画像の位置およびサイズを自動的に調整することのできるプロジェクタを提供する。
【解決手段】投射レンズによって画像が構造体上に投射されるプロジェクタであって、投射レンズをその光軸と交差する方向にシフトするレンズシフト制御部（６、７）と、投射レンズの画角を調整するズーム制御部８と、上下方向および左右方向のそれぞれについて、投射レンズの最大画角より大きな所定の角度範囲内で角度が段階的に切り替えられ、各角度において、構造体を含む測定対象までの距離が測定される可動式距離センサ１と、可動式距離センサ１から供給される距離情報に基づいて、投射画像の位置およびサイズを、レンズシフト制御部（６、７）およびズーム制御部８を通じて調整するＣＰＵ４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に、スクリーンの代わりに壁などの構造体を使用して画像を投射するプロジェクタに関する。

レンズシフト機構やズーム機構を備える投射レンズを搭載したプロジェクタが提供されている（特許文献１参照）。レンズシフト機構は、投射レンズを光軸に垂直な方向にシフトする機構である。ズーム機構は、投射レンズを構成するズームレンズを光軸方向に移動することで投射レンズの画角を調整する機構である。この種のプロジェクタでは、レンズシフト機構やズーム機構を用いて投射画像の位置やサイズを適宜に調整することができる。

上記の他、スクリーンの端部を検出して、投射画像の大きさをスクリーンの大きさに合わせるようにしたプロジェクタも提案されている（特許文献２参照）。スクリーンは、その端部に沿って黒色領域の枠が設けられており、この黒色領域の枠内が、画像が投射される領域（白色領域）とされている。白色領域と黒領域における反射率の違いを利用して、黒領域を検出することで、スクリーンの端部を検出することができる。
特開２００５−１２１６８９号公報 特開２００５−１８１７２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたようなプロジェクタにおいては、以下のような問題がある。

スクリーンの代わりに壁を利用して画像を投射する場合、プロジェクタの設置具合によっては、投射画像の一部が天井や他の壁などにかかる場合がある。図１５に、投射画像の一部が天井にかかる状態を示す。

図１５を参照すると、プロジェクタ５００は、前方に位置する壁４０２上に画像を投射するように机４０５上に配置されている。この例では、プロジェクタ５００により投射された投射画像５０１の一部は、天井４０１にかかっているため、投射画像が見難い。このような場合、通常、使用者は、プロジェクタ５００を再設置し、あるいは、レンズシフト機構やズーム機構を用いて投射画像の位置やサイズを調整する操作を手動により行う必要がある。このような再設置や調整操作は、使用者にとって非常に煩わしい。

特許文献２に記載のプロジェクタにおいては、スクリーンの端部を検出して、スクリーンの大きさに合わせて投射画像の大きさを調整するので、画像がスクリーン外に投射されることを防止することができる。しかしながら、この調整では、特殊なスクリーンを用いる必要があるため、スクリーンの代わりに壁を用いる形態に適用することは困難である。加えて、プロジェクタの設置の仕方によっては、投射画像の一部が、プロジェクタが設置された机の縁によって遮られてしまい、画像全体をスクリーン上に投射することができないこともある。

なお、特許文献２には、全体が白色領域とされるスクリーンを用い、このスクリーンと背後の構造体（例えば壁）との反射率の違いを利用してスクリーンの端部を検出することが記載されている。しかし、この場合も、スクリーンの代わりに壁を用いる形態に適用することは困難である。例えば、画像が投射される壁と、左右に隣接する壁との間で、反射率の違いを利用して、壁の境を検出することは困難である。

本発明の目的は、上記問題を解決し、画像を壁などの構造体上に投射する際に、その投射画像が他の構造体にかかることがないように、投射画像の位置およびサイズを自動的に調整することのできるプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、画角の調整が可能な投射レンズを有するプロジェクタであって、前記投射レンズをその光軸と交差する方向にシフトするレンズシフト制御部と、前記投射レンズの画角を調整するズーム制御部と、第１の方向および該第１の方向と交差する第２の方向のそれぞれについて、前記投射レンズの最大画角より大きな所定の角度範囲内で測定対象までの距離を測定可能な可動式距離センサと、前記投射レンズによって構造体上に投射される画像の位置およびサイズを、前記レンズシフト制御部およびズーム制御部を通じて調整する制御部と、を有し、前記可動式距離センサは、前記制御部による制御に応じて前記所定の角度範囲内での測定角度を段階的に切り替えて測定を行い、前記制御部が、前記可動式距離センサから供給されるそれぞれの角度における距離情報に基づいて、前記第１の方向に関して、前記画像を前記構造体上に投射可能な第１の角度範囲と、該第１の角度範囲内において、前記構造体との距離が最も近くなる第１の角度とを算出し、前記第２の方向に関して、前記画像を前記構造体上に投射可能な第２の角度範囲と、該第２の角度範囲内において、前記構造体との距離が最も近くなる第２の角度とを算出し、該第１および第２の角度に基づいて前記画像の位置を調整し、該第１および第２の角度範囲に基づいて前記画像のサイズを調整する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、画像を構造体である壁（目的の壁）に投射する場合、所定の角度範囲内には、その目的の壁全体と他の構造体（天井、左右の壁、床、机など）の一部が位置する。これら目的の壁と他の構造体は、可動式距離センサにより距離を測定すべき測定対象である。

可動式距離センサによる距離の測定は、第１および第２の方向のそれぞれについて行われる。例えば、第１の方向は、投射画像を縦方向（垂直方向）に横断する方向であり、第２の方向は、投射画像を横方向（水平方向）に横断する方向である。可動式距離センサでは、第１の方向において、所定の角度範囲内で角度が段階的に切り替えられ、各角度において、測定対象との距離が測定される。同様に、第２の方向において、所定の角度範囲内で角度が段階的に切り替えられ、各角度において、測定対象との距離が測定される。各角度における距離の測定において、目的の壁と他の構造体との境は、距離データのピーク値として現れる。すなわち、第１の方向については、目的の壁と天井の境および机の縁（または、目的の壁と床の境）が距離データのピーク値として現れ、第２の方向については、目的の壁と左右の壁との境界が距離データのピーク値として現れる。したがって、これらピーク値に基づいて、第１の方向に関する、画像を目的の壁に投射可能な第１の角度範囲と、第２の方向に関する、画像を目的の壁に投射可能な第２の角度範囲とを算出することができる。こうして算出した第１および第２の角度範囲に基づいて投射画像のサイズを調整する。

また、上記の各角度における距離の測定において、目的の壁の中心位置は、第１の方向において、第１の角度範囲内の距離データの最小値として現れ、第２の方向において、第２の角度範囲内の距離データの最小値として現れる。したがって、これら最小値に基づいて、第１および第２の方向に関する、目的の壁の中心位置を示す第１および第２の角度を算出することができる。こうして算出した第１および第２の角度に基づいて投射画像の位置を調整する。

上述したように、本発明のプロジェクタにおいては、第１および第２の角度範囲に基づいて投射画像のサイズが自動的に調整され、第１および第２の角度に基づいて投射画像の位置が自動的に調整されることで、画像は、目的の壁上の中心位置を基準に、投射可能な範囲内に投射されることになる。よって、投射画像の一部が、天井や左右の壁、机の縁などにかかることはない。また、使用者が手動でそのような調整を行う必要もない。

本発明によれば、投射画像の一部が、天井や左右の壁、机の縁などにかかることはないので、良好な画像表示を提供することができる。

また、投射画像の位置およびサイズの調整は自動で行われるので、手動による調整の煩わしさを解消することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの主要部の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、プロジェクタは、可動式距離センサ１、距離センサ制御部２、メモリ３、ＣＰＵ４、フォーカス制御部５、縦レンズシフト制御部６、横レンズシフト制御部７、ズーム制御部８、専用スイッチ９、電源スイッチ１０、および加速度センサ１１を有する。

プロジェクタは、上記の構成の他に、外部映像信号源から供給された映像信号に基づく画像を形成するための、映像処理回路、液晶パネルおよびその駆動回路や、その液晶パネルで形成された画像をスクリーンや壁などの構造体に向けて投射するための投射レンズを含む光学系などを有する。ここでは、画像が投射されるスクリーンや構造体（壁など）を画像投射用部材と呼ぶ。

電源スイッチ１０は、プロジェクタの電源をオンオフするためのスイッチである。専用スイッチ９は、プロジェクタに所定の動作を行わせるためのスイッチである。これら専用スイッチ９および電源スイッチ１０は、プロジェクタ本体やプロジェクタを操作するためのリモートコントローラに配置される。ここで、所定の動作とは、例えば、画像を壁（目的の壁）に投射する場合に、投射画像が目的の壁と他の壁の境目や、目的の壁と天井や床の境目などに掛からないように、投射画像の位置およびサイズを調整し、調整後に、必要に応じてフォーカスを調整する動作をいう。以下、この動作に伴う処理を投射画像調整処理と呼ぶ。

可動式距離センサ１は、プロジェクタの、投射レンズが配置された側に設けられており、当該センサから測定対象までの距離を測定する。可動式距離センサ１は、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸方向において角度の調整が可能である。距離センサ制御部２は、可動式距離センサ１のＸ軸およびＹ軸を回転させるモーターの駆動を制御する。可動式距離センサ１の出力は、ＣＰＵ４に供給されている。

投射レンズは、フォーカス調整機構、レンズシフト機構、ズーム機構を備える。フォーカス調整機構は、フォーカスレンズが光軸に沿って前後に移動することでフォーカスを調整するものである。レンズシフト機構は、光軸と交差する第１の方向（縦方向）と、光軸と交差し、かつ、第１の方向（縦方向）と交差する第２の方向（横方向）との両方向に投射レンズを移動させる機構を備え、この機構により、第１または第２の方向もしくは両方向に投射レンズを移動させることで、画像投射用部材上に投射される画像の位置を調整する。ズーム機構は、ズームレンズが光軸に沿って前後に移動することで投射レンズの画角を調整するものである。

フォーカス制御部５は、フォーカスレンズを光軸方向に移動させるためのモーターの駆動を制御する。縦レンズシフト制御部６は、レンズシフト機構における投射レンズの縦方向への移動を行うためのモーターの駆動を制御する。横レンズシフト制御部７は、レンズシフト機構における投射レンズの横方向への移動を行うためのモーターの駆動を制御する。ズーム制御部８は、ズームレンズを光軸方向に移動させるためのモーターの駆動を制御する。

加速度センサ１１は、プロジェクタに加わる加速度を検出するものである。加速度センサ１１として、例えば一軸の加速度センサや多軸の加速度センサを用いることができる。加速度センサ１１の出力は、ＣＰＵ４に供給されている。

ＣＰＵ４は、プロジェクタ全体の動作を制御するとともに、メモリ３に格納されたプログラムやデータに基づく処理（投射画像調整処理を含む）を実行する。ＣＰＵ４は、加速度センサ１１の出力に基づいて、プロジェクタの投射角度の調整作業を検知し、その作業の終了タイミングを判断することができる。ＣＰＵ４は、専用スイッチ９または電源スイッチ１０がオンされたタイミング、または、加速度センサ１１の出力に基づく作業終了タイミングをきっかけとして、投射画像調整処理を実行する。このＣＰＵ４による投射画像調整処理は、距離センサ制御部２を制御して可動式距離センサ１の角度を変化させ、可動式距離センサ１の出力に基づいて境界を検出する境界検出処理と、縦レンズシフト制御部６および横レンズシフト制御部７を制御して投射位置を調整する投射位置調整処理と、ズーム制御部８を制御して投射画面サイズを調整する投射画面サイズ調整処理と、フォーカス制御部５を制御してフォーカスを調整するフォーカス調整処理とを含む。

次に、本実施形態のプロジェクタの動作を具体的に説明する。

まず、可動式距離センサ１の構成および動作を簡単に説明する。図２に、可動式距離センサ１の可動部の構成を示す。図２を参照すると、可動式距離センサ１は、互いの軸が交差するＸ軸回転用軸２０２およびＹ軸回転用軸２０３と、これら軸に支持された距離センサ部２０１とから構成される。Ｘ軸回転用軸２０２およびＹ軸回転用軸２０３のそれぞれは、不図示のモーターにより、それぞれの軸を中心にして回転する。Ｘ軸回転用軸２０２が回転することで、矢印Ａ方向において距離センサ部２０１の角度を調整することができる（Ｘ軸回転）。Ｙ軸回転用軸２０３が回転することで、矢印Ｂ方向において距離センサ部２０１の角度を調整することができる（Ｙ軸回転）。距離センサ制御部２は、Ｘ軸回転用軸２０２およびＹ軸回転用軸２０３のそれぞれを回転させるモーターの駆動を制御する。

図３に、可動式距離センサ１の距離センサ部２０１の構成を示す。図３を参照すると、距離センサ部２０１は光学式の距離センサであって、その主要部は、発光体２０４、受像デバイス２０５およびレンズ２０６、２０７からなる。

発光体２０４は、半導体レーザーやＬＥＤに代表される投光用光源である。発光体２０４からの光は、レンズ２０６を通って画像投射用部材の方向に出射される。受像デバイス２０５は、ＣＭＯＳセンサやＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）など、受光素子がアレイ状に配置されたデバイスである。発光体２０４からの光のうち、画像投射用部材で反射された光が、レンズ２０７を通って受像デバイス２０５に入射する。受像デバイス２０５は、画像投射用部材からの反射光を受光することのできるものであれば、どのようなデバイスであってもよい。

以下、図３を参照して、可動式距離センサ１による距離測定原理を簡単に説明する。ここでは、可動式距離センサ１からスクリーン２０８、２０９までの距離をそれぞれ測定する場合を例に挙げて説明する。

スクリーン２０８の距離を測定する場合は、発光体２０４からの光がレンズ２０６を通じてスクリーン２０８に照射され、そのスクリーン２０８からの反射光が、レンズ２０７を通じて受像デバイス２０５に入射する。この場合、スクリーン２０８からの光は、受像デバイス３０５上のポイントＡで受光される。

一方、スクリーン２０８より後方に位置するスクリーン２０９の距離を測定する場合は、発光体２０４からの光がレンズ２０６を通じてスクリーン２０９に照射され、そのスクリーン２０９からの反射光が、レンズ２０７を通じて受像デバイス２０５に入射する。この場合、スクリーン２０９からの光は、受像デバイス３０５上のポイントＢで受光される。受光ポイントＢは、受光ポイントＡに比べて受像デバイス３０５の中心部に近い位置にある。

測定対象であるスクリーンがプロジェクタから遠ざかるほど、受光デバイス２０５上における受光ポイントが受光部の中心側に近づく。すなわち、受光デバイス２０５上における受光ポイントの移動量は、測定対象までの距離の変化に対応している。したがって、可動式距離センサ１の出力と、受光デバイス２０５上における受光ポイントの位置と、測定対象までの距離との３つのパラメータの関係を予め求めておけば、その関係に従って、可動式距離センサ１の出力から測定対象までの距離を求めることができる。

また、上記のパラメータの関係には相関があるため、近似式にて算出することも可能である。具体的には、以下の近似式により求めることができる。

・・・式1
ここで、ａとｂは、受光デバイス２０５の特性やレンズ２０７の特性等によって変化するパラメータである。上述の関係または式１に関する情報は、メモリ３に予め格納されており、ＣＰＵ４は、その情報を用いて可動式距離センサ１の出力から測定対象までの距離を求める。

次に、レンズシフト機構について簡単に説明する。図４に、プロジェクタの投射レンズ部分を側面側から見た場合の、縦方向（垂直方向）における投射レンズのシフト状態を模式的に示す。図４において、矢印Ａは、投射レンズ１２の上方向へのシフトを示し、矢印Ｂは投射レンズ１２の下方向へのシフトを示す。

ダイクロイックプリズム１３は、不図示のＲ用、Ｂ用、Ｇ用の各液晶パネルからの画像光を合成するものであって、ダイクロイックプリズム１３で合成されたＲＧＢ画像光は、投射レンズ１２によって画像投射用部材上に投射される。投射レンズ１２は、不図示のモーターにより、矢印Ａ、Ｂ方向への移動が可能とされている。

投射レンズ１２がシフトされていない状態では、ダイクロイックプリズム１３からの画像光の投射方向は、投射方向ａ0となる。投射レンズ１２が矢印Ａ方向（上方向）にシフトされた場合は、画像光の投射方向は、投射方向ａ１となる。投射方向ａ１は、投射方向ａ0に比べて上向きとなっている。投射レンズ１２が矢印Ｂ方向（下方向）にシフトされた場合は、画像光の投射方向は、投射方向ａ２となる。投射方向ａ２は、投射方向ａ0に比べて下向きとなっている。このように投射レンズ１２がシフトすると、画像投射用部材上に投射される画像の位置も、そのシフト量に応じてシフトすることになる。

図５に、レンズシフト機構による投射画像のシフト範囲を模式的に示す。プロジェクタ４００は、図４に示したレンズシフト機構を有するプロジェクタである。図５において、矢印Ｃは、レンズシフト機構による投射画像のシフト範囲を示す。また、投射方向ａ１１は、上方向へのレンズシフトの限界値における投射方向を示し、投射方向ａ２１は、下方向へのレンズシフトの限界値における投射方向を示す。投射画像のシフト範囲（矢印Ｃ）は、投射方向ａ１１で投射された画像の中心（中心線Ｂ）と投射方向ａ２１で投射された画像の中心（中心線Ａ）との間の距離で与えられる。

次に、本実施形態のプロジェクタの特徴である、ＣＰＵ４による投射画像調整処理について具体的に説明する。図６に、その投射画像調整処理の一手順を示す。以下、図１および図６を参照してＣＰＵ４の動作を説明する。

操作者が専用スイッチ９または電源スイッチを押下する、または、プロジェクタの角度を調整すると、その操作をきっかけとして、ＣＰＵ４が、距離データ取得（ステップ１００）、中心位置及びサイズの算出（ステップ１０１）、投射画像の位置合わせ（ステップ１０２）、サイズ合わせ（ステップ１０３）、フォーカス調整（ステップ１０４）を含む投射画像調整処理を実行する。以下に、具体的な実行手順を述べる。

（１）距離データ取得：
ＣＰＵ４は、距離センサ制御部２を通じて、上下方向（図２のＸ方向）および左右方向（図２のＹ方向）のそれぞれについて、投射レンズの最大画角より大きな所定の角度範囲内で、可動式距離センサ１の角度を段階的に変化させ、それぞれの角度において、可動式距離センサ１の出力から、メモリ３に格納されている、前述のパラメータの関係または近似式に従って、測定対象までの距離データを取得する。測定対象は、所定の角度範囲内に位置する全ての構造体である。

可動式距離センサ１の角度を変化させる幅を小さくすると、距離の測定精度が高くなるが、取得する距離データの量が膨大になるため、容量の大きなメモリ３を用いる必要があり、その場合、コストが高くなる。反対に、可動式距離センサ１の角度を変化させる幅を大きくすると、容量の小さなメモリ３を用いることができるので、コストを抑えることができるが、距離の測定精度は低下する。測定精度およびコストを考慮して角度の変化幅を決定することが望ましい。

（２）中心位置及びサイズの算出：
ＣＰＵ４は、ステップ１００で得られた距離データに基づいて、投射すべき画像の中心位置およびサイズを算出するとともに、投射画像の縦方向および横方向のどちらを優先するのかを決定する。

（２ａ）上下方向（図２のＸ方向）の中心位置及び投射可能範囲（サイズ）：
図７に、上下方向における可動式距離センサ１の測定範囲を模式的に示す。プロジェクタ４００は、図１に示した構成を備える。図７中、網がけが施された領域が画像の投射範囲を示し、円弧状の矢印Ａがプロジェクタ４００に設けられた可動式距離センサ１の上下方向における測定範囲を示す。

プロジェクタ４００は、正面にある壁４０２に画像が投射されるように机４０５上に設置されている。図７には、プロジェクタ４００を側面から見た状態が示されており、投射画像４０６の上部が天井４０１の一部にかかっている。可動式距離センサ１の測定範囲Ａは、投射画像４０６の投射範囲を含む範囲であって、画像を投射したい壁４０２の上下方向における全領域と、この壁４０２に隣接する、床４０３および天井４０１の一部とを含む。

図８に、測定範囲Ａにおいて、可動式距離センサ１の角度を段階的に変化させて測定した距離データを示す。図８において、縦軸が測定対象物までの距離を示し、横軸が可動式距離センサ１の上下方向における角度を示す。可動式距離センサ１の角度を７０°〜−７０°の角度範囲において段階的に変化させた場合の、それぞれの角度における距離データがプロットされている。

角度６０°、−１０°のときに、それぞれピークＰ１、Ｐ２となる。ピークＰ１は、図７に示した壁４０２と天井４０１の境に対応する。ピークＰ２は、机４０５の縁（この縁により、投射画像４０６の下端における投射範囲が制限される）に対応する。可動式距離センサ１の角度が６０°から徐々に小さくなると、距離データも、ピークＰ１から徐々に小さくなり、ポイントａ１で最小となる。ポイントａ１を過ぎると、距離データは徐々に増加してピークＰ２に達する。ポイントａ１において、プロジェクタ４００と壁４０２の距離が最も近くなる。ピークＰ１〜Ｐ２の範囲（角度６０°〜−１０°の範囲）が上下方向における画像投射可能な範囲ｂ１（投射可能サイズ）である。ピークＰ１の角度をφａ、ピークＰ２の角度をφｂとすると、縦方向投射位置の中心Ｃは以下の式で算出することが可能である。

Ｃ＝（φａ＋φｂ）／２ ・・・式２
なお、図７に示した状態において、縦方向投射位置の中心Ｃと壁４０２の一番近いところであるポイントａ１とは、必ずしも一致しない。

（２ｂ）左右方向（図２のＹ方向）の中心位置及び投射可能範囲（サイズ）：
図９に、左右方向における可動式距離センサ１の測定範囲を模式的に示す。図９に示す状態は、図７に示した状態をプロジェクタ上面側から見たものである。図９中、円弧状の矢印Ｂは、プロジェクタ４００に設けられた可動式距離センサ１の左右方向における測定範囲を示す。投射画像４０６の左右の部分がそれぞれ左右の壁４０４ａ、４０４ｂの一部にかかっている。可動式距離センサ１の測定範囲Ｂは、投射画像４０６の投射範囲を含む範囲であって、左右方向における壁４０２の全領域と、左右の壁４０４ａ、４０４ｂの一部とを含む。

図１０に、測定範囲Ｂにおいて、可動式距離センサ１の角度を段階的に変化させて測定した距離データを示す。図１０において、縦軸が測定対象物までの距離を示し、横軸が可動式距離センサ１の左右方向における角度を示す。可動式距離センサ１の角度を７０°〜−７０°の角度範囲において段階的に変化させ、それぞれの角度における距離データがプロットされている。

角度４０°、−４０°のときに、それぞれピークＰ３、Ｐ４となる。ピークＰ３は、壁４０２と壁４０４ｂの境に対応し、ピークＰ４は、壁４０２と壁４０４ａの境に対応する。可動式距離センサ１の角度が４０°から徐々に小さくなると、距離データも、ピークＰ３から徐々に小さくなり、ポイントａ２で最小となる。ポイントａ２を過ぎると、距離データは徐々に増加してピークＰ４に達する。ポイントａ２において、プロジェクタ４００と壁４０２の距離が最も近くなる。ピークＰ３〜Ｐ４の範囲（角度６０°〜−１０°の範囲）が左右方向における画像投射可能な範囲ｂ２（投射可能サイズ）である。

上述の式２を用い、ピークＰ３の角度をφａ、ピークＰ４の角度をφｂとすることで、横方向投射位置の中心Ｃを算出することが可能である。図９に示した例では、左右の壁４０４ａ、４０４ｂにほぼ同じ幅だけ投射画像がかかっており、横方向投射位置の中心Ｃは０となる。この場合は、横方向投射位置の中心と壁４０２の一番近いところであるポイントａ２は一致する。なお、左右の壁にかかる投射画像の幅が異なる場合は、横方向投射位置の中心と壁４０２の一番近いところのポイントａ２は、必ずしも一致しない。

（３）投射画像の位置合わせ：
ＣＰＵ４は、ステップ１０１で取得した、上下方向に関する投射位置中心および投射可能サイズｂ１と、左右方向に関する投射位置の中心および投射可能サイズｂ２とに基づいて、レンズシフトにより投射画像の位置を調整する。上下方向における位置調整は、縦レンズシフト制御部６を通じて行われ、左右方向における位置調整は、横レンズシフト制御部７を通じて行われる。図８に示した距離データを用いた位置調整においては、投射画像の中心（図５の中心線Ａ、Ｂ）が上下方向に関する投射位置中心（２５°）となるように投射レンズが上下方向にシフトされる。図１０に示した距離データを用いた位置調整においては、左右方向に関する投射位置中心は０°であるので、レンズシフトは行われない。なお、左右の壁にかかる投射画像の幅が異なる場合は、投射画像の中心が取得した投射位置中心となるように投射レンズが左右方向にシフトされる。位置あわせは、上下方向および左右方向のいずれの方向を先に行ってもよい。

（４）サイズ調整：
ＣＰＵ４は、ズーム制御部８を通じたズーム調整により、中心位置の調整がなされた投射画像のサイズを調整する。サイズ調整においては、まず、上下方向（縦方向）と左右方向（横方向）のいずれの方向を優先するかを決定する。優先する方向を決定する理由を、以下に説明する。

図１１は、横方向優先でサイズ合わせを行う必要がある画像に対して縦方向優先でサイズ合わせをした場合の投射画像の模式図である。この場合は、投射画像４０６の両端が左右の壁４０４ａ、４０４ｂにかかる。図１２は、縦方向優先でサイズ合わせを行う必要がある画像に対して横方向優先でサイズ合わせをした場合の投射画像の模式図である。この場合は、投射画像４０６の上端が天井４０１にかかる。左右の壁や天井への投射画像のはみ出しが生じないようにするために、サイズ調整を行う際は、横方向および縦方向のうちのいずれの方向を優先するかを決定する必要がある。

優先方向決定処理において、ＣＰＵ４は、メモリ３に予め格納されている、ズームの度合いと画像の大きさおよび投射距離（投射レンズから画像投射用部材までの距離）に関するレンズ特性情報を利用する。図１３に、上下方向におけるレンズ特性情報を説明するための模式図である。図１３において、間隔の狭い破線で示したものがワイド時投射画像を示し、間隔の広い破線で示したものがテレ時投射画像を示す。ワイド時において、投射画像の大きさは、投射距離に応じて一定の割合で増加する。同様に、テレ時においても、投射画像の大きさは、投射距離に応じて一定の割合で増加する。メモリ３には、上下方向におけるレンズ特性情報として、そのようなズームの度合い（倍率）と投射画像の大きさおよび投射距離の３つのパラメータに関する関係が格納される。

図１３には示していないが、左右方向においても、ワイド時投射画像およびテレ時投射画像の大きさは、投射距離に応じて一定の割合で増加する。メモリ３には、左右方向におけるにおけるレンズ特性情報として、そのようなズームの度合い（倍率）と投射画像の大きさおよび投射距離の３つのパラメータに関する関係が格納される。

ＣＰＵ４は、メモリ３に予め格納されている、上下方向および左右方向に関するレンズ特性情報と、可動式距離センサ１から取得した距離情報から得られる投射距離とから、投射画像の上下方向および左右方向における大きさを計算する。次いで、ＣＰＵ４は、その計算した上下方向および左右方向における大きさと、ステップ１０１で取得した、投射可能サイズｂ１、ｂ２に対応する画像の大きさとを比較する。そして、比較結果から、上下方向および左右方向のそれぞれについて、画像のはみ出しを生じるか否かを判断する。この判断において、投射画像の縦横比（４対３や１６対９等）により、投射画像のサイズが上下方向および左右方向で異なることを考慮する。

上下方向および左右方向のいずれかの方向で画像のはみ出しが生じる場合は、ＣＰＵ４は、そのはみ出しを生じる方向を優先して画像のサイズ調整を行う。上下方向および左右方向のいずれもはみ出しを生じない場合は、画像のサイズ調整は行われない（この場合は、位置の調整のみが行われることになる）。上下方向および左右方向ともにはみ出しを生じた場合は、予め設定された方向、または、はみ出しの量の多い方向を優先する。

可動式距離センサ１からの距離データには、センサの角度情報と距離情報とが含まれており、ＣＰＵ４は、これら情報に基づいて、以下の式３により、投射サイズを計算する。

投射サイズ＝「投射センター距離」×ｔａｎθ×２ ・・・式３
ここで、θは優先方向における投射可能な範囲の角度（図８のｂ１や図１０のｂ２）である。

例えば、ステップ１００で、図８に示した距離データを取得した場合で、上下方向を優先してサイズ合わせを行う場合は、次のようにして投射サイズが算出される。投射可能サイズｂ１は６０°から−１０°の角度範囲であることから角度θは７０°とされる。また、ステップ１０２で、センター合わせがなされた状態であるので、投射センター距離は、ポイントａ１における距離とされる。これらの角度θ（＝７０°）および投射センター距離を上記式３に代入することで、上下方向における投射サイズを算出する。そして、ＣＰＵ４は、投射画像の上下方向におけるサイズがその算出した投射サイズになるように、ズーム制御部８を通じてズーム処理を実行する。

また、ステップ１００で、図１０に示した距離データを取得した場合で、左右方向を優先してサイズ合わせを行う場合は、次のようにして投射サイズが算出される。投射可能サイズｂ２は４０°から−４０°の角度範囲であることから、角度θは８０°とされる。また、ステップ１０２で、センター合わせがなされた状態であるので、投射センター距離は、ポイントａ２における距離とされる。これらの角度θ（＝８０°）および投射センター距離を上記式３に代入することで左右方向における投射サイズを算出する。そして、ＣＰＵ４は、投射画像の左右方向におけるサイズがその算出した投射サイズになるように、ズーム制御部８を通じてズーム処理を実行する。

なお、式３を用いた演算処理は、ＣＰＵ４への負荷が高い。ＣＰＵ４への負荷を軽減するために、例えば、可動式距離センサ１の角度を変化させるステップ幅を５°として、それぞれの角度における距離と投射サイズの関係を予め求め、その求めた関係（テーブル情報）をメモリ３に格納しておいてもよい。この場合は、ＣＰＵ４は、メモリ３に格納されているテーブル情報に従って、投射サイズを取得する。

また、上述したレンズ特性情報のパラメータである最小投射画像（テレ時投射画像）および最大投射画像（ワイド時投射画像）のサイズは、プロジェクタの機種により異なる。このため、レンズ特性情報は、プロジェクタの機種毎に取得する必要がある。

（５）フォーカス調整：
ＣＰＵ４は、フォーカス制御部５を通じて、ステップ１０３で投射サイズの調整がなされた画像のフォーカスを調整する。投射センター位置は縦レンズシフト・横レンズシフトにより判明しており、かつ、投射センター位置までの距離も既に取得しているので、ＣＰＵ４は、これら情報に基づいてフォーカス制御部５によるフォーカス調整を制御する。

図１４に、フォーカス調整後の投射画像の状態を示す。図１４の状態では、投射画像４０６は、天井４０１や左右の壁４０４ａ、４０４ｂ、さらには机４０５の縁に、その画像の一部がかかることがなく、壁４０２上に投射されている。

なお、ズーム率を変化させると、フォーカスを再調整する必要がある場合と、ズーム率を変化させてもフォーカスの再調整が必要ない場合がある。前者の場合は、図６に示した処理をそのまま適用することができる。後者の場合は、図６に示した処理において、ステップ１０３とステップ１０４の処理を入れ替えることで適用可能となる。

以上説明した本実施形態のプロジェクタによれば、画像を構造体である壁４０２に投射する場合、所定の角度範囲内には、壁４０２全体と他の構造体（天井４０１、左右の壁４０４ａ、４０４ｂ、床４０３、机４０５など）の一部が位置する。これら壁４０２と他の構造体は、可動式距離センサにより距離を測定すべき測定対象である。

可動式距離センサ１による距離の測定は、上下方向および左右方向のそれぞれについて行われる。ここで、上下方向は、投射画像を縦方向（垂直方向）に横断する方向であり、左右方向は、投射画像を横方向（水平方向）に横断する方向である。可動式距離センサ１では、上下方向において、所定の角度範囲内で角度が段階的に切り替えられ、各角度において、測定対象との距離が測定される。同様に、左右方向において、所定の角度範囲内で角度が段階的に切り替えられ、各角度において、測定対象との距離が測定される。各角度における距離の測定において、壁４０２と他の構造体との境は、距離データのピーク値として現れる。すなわち、上下方向については、壁４０２と天井４０１の境および机４０５の縁（または、壁４０２と床４０３の境）が距離データのピーク値として現れ、左右方向については、壁４０２と左右の壁４０４ａ、４０４ｂとの境界が距離データのピーク値として現れる。したがって、これらピーク値に基づいて、上下方向に関する、画像を壁４０２に投射可能な第１の角度範囲と、左右方向に関する、画像を壁４０２に投射可能な第２の角度範囲とを算出することができる。こうして算出した第１および第２の角度範囲に基づいて投射画像のサイズを調整する。

また、上記の各角度における距離の測定において、壁４０２の中心位置は、上下方向において、第１の角度範囲内の距離データの最小値として現れ、左右方向において、第２の角度範囲内の距離データの最小値として現れる。したがって、これら最小値に基づいて、上下左右方向に関する壁４０２の中心位置を示す第１および第２の角度を算出することができる。こうして算出した第１および第２の角度に基づいて投射画像の位置を調整する。

本実施形態のプロジェクタにおいては、第１および第２の角度範囲に基づいて投射画像のサイズが自動的に調整され、第１および第２の角度に基づいて投射画像の位置が自動的に調整されることで、画像は、壁４０２上の中心位置を基準に、投射可能な範囲内に投射されることになる。よって、投射画像の一部が、天井や左右の壁、机の縁などにかかることはない。また、使用者が手動でそのような調整を行う必要もない。したがって、良好な画像表示を提供することができ、手動による調整の煩わしさを解消することができる。

以上説明したプロジェクタは、本発明の一例であり、その構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

本発明は、投射レンズによって画像が壁などの構造体上に投射されるプロジェクタ全般に適用することができる。

本発明の一実施形態であるプロジェクタの主要部の構成を示すブロック図である。 図１に示す可動式距離センサの可動部の構成を説明するための模式図である。 図２に示す距離センサ部の構成を説明するための模式図である。 投射レンズのレンズシフト機構を説明するための模式図である。 レンズシフト機構による投射画像のシフト範囲を説明するための模式図である。 図１に示すプロジェクタにおいて行われる投射画像調整処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す可動式距離センサの上下方向における測定範囲を示す模式図である。 図７に示す上下方向の測定範囲において可動式距離センサの角度を段階的に変化させて測定した場合の距離データを示す図である。 図１に示す可動式距離センサの左右方向における測定範囲を示す模式図である。 図９に示す左右方向の測定範囲において可動式距離センサの角度を段階的に変化させて測定した場合の距離データを示す図である。 横方向優先でサイズ合わせを行う必要がある画像に対して縦方向優先でサイズ合わせをした場合の投射画像の模式図である。 縦方向優先でサイズ合わせを行う必要がある画像に対して横方向優先でサイズ合わせをした場合の投射画像の模式図である。 上下方向におけるレンズ特性情報を説明するための模式図である。 図１に示すプロジェクタの投射画像の状態を示す模式図である。 一般的なプロジェクタにより投射された画像の表示状態の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 可動式距離センサ
２ 距離センサ制御部
３ メモリ
４ ＣＰＵ
５ フォーカス制御部
６ 縦レンズシフト制御部
７ 横レンズシフト制御部
８ ズーム制御部
９ 専用スイッチ
１０ 電源スイッチ
１１ 加速度センサ

Claims (9)

1. 画角の調整が可能な投射レンズを有するプロジェクタであって、
   前記投射レンズをその光軸と交差する方向にシフトするレンズシフト制御部と、
   前記投射レンズの画角を調整するズーム制御部と、
   第１の方向および該第１の方向と交差する第２の方向のそれぞれについて、前記投射レンズの最大画角より大きな所定の角度範囲内で測定対象までの距離を測定可能な可動式距離センサと、
   前記投射レンズによって構造体上に投射される画像の位置およびサイズを、前記レンズシフト制御部およびズーム制御部を通じて調整する制御部と、を有し、
   前記可動式距離センサは、前記制御部による制御に応じて前記所定の角度範囲内での測定角度を段階的に切り替えて測定を行い、
   前記制御部は、前記可動式距離センサから供給されるそれぞれの角度における距離情報に基づいて、前記第１の方向に関して、前記画像を前記構造体上に投射可能な第１の角度範囲と、該第１の角度範囲内において、前記構造体との距離が最も近くなる第１の角度とを算出し、前記第２の方向に関して、前記画像を前記構造体上に投射可能な第２の角度範囲と、該第２の角度範囲内において、前記構造体との距離が最も近くなる第２の角度とを算出し、該第１および第２の角度に基づいて前記画像の位置を調整し、該第１および第２の角度範囲に基づいて前記画像のサイズを調整する、ことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記制御部は、前記第１および第２の方向の一方において、前記画像の一部が他の構造体上に投射される場合に、該方向を優先して、前記画像のサイズを調整する、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記制御部は、前記第１および第２の方向のそれぞれにおいて、前記画像の一部が他の構造体上に投射される場合に、前記第１および第２の方向のうちの、予め設定した方向を優先して、前記画像のサイズを調整する、請求項１に記載のプロジェクタ。
4. 前記制御部は、前記第１および第２の方向のそれぞれにおいて、前記画像の一部が他の構造体上に投射される場合に、前記第１および第２の方向のうち、前記他の構造体上に投射された画像部分の幅が大きな方を優先して、前記画像のサイズを調整する、請求項１に記載のプロジェクタ。
5. 前記投射レンズを構成するズームレンズの特性情報として、ズーム倍率、投射距離、および投射画像の大きさの関係が予め格納されるメモリをさらに有し、
   前記制御部は、前記メモリに格納された特性情報を参照し、前記可動式距離センサから供給される、前記第１および第２の角度における距離情報に基づいて、前記構造体上に投射される投射画像の大きさを算出し、該投射画像の大きさと前記第１および第２の角度範囲から得られる前記第１および第２の方向の画像の大きさとを比較し、該比較結果に基づいて、前記第１および第２の方向における画像の前記他の構造体上へのはみ出しを判断する、請求項２から４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記構造体が壁であり、前記制御部は、前記可動式距離センサから供給されるそれぞれの角度における距離情報に基づいて、前記壁と天井との境界と当該プロジェクタが設置される構造体の縁とをそれぞれ検出して前記第１の角度範囲を決定する、請求項１に記載のプロジェクタ。
7. 前記構造体が壁であり、前記制御部は、前記可動式距離センサから供給されるそれぞれの角度における距離情報に基づいて、前記壁と、該壁の左右に位置する２つの壁との境をそれぞれ検出して前記第２の角度範囲を決定する、請求項１に記載のプロジェクタ。
8. 前記投射レンズを構成するフォーカスレンズを移動して前記投射画像のフォーカスを調整するフォーカス制御部をさらに有し、
   前記制御部は、前記フォーカス制御部を通じて、前記可動式距離センサから供給される、前記第１および第２の角度における距離情報に基づいて、位置およびサイズの調整を施した前記画像のフォーカス調整を行う、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
9. 画角の調整が可能な投射レンズを有するプロジェクタの投射画像調整方法であって、
   第１の方向および該第１の方向と交差する第２の方向のそれぞれについて、前記投射レンズの最大画角より大きな所定の角度範囲内で、距離センサの角度を段階的に切り替えて測定対象までの距離を測定するステップと、
   前記距離センサにて取得したそれぞれの角度における距離情報に基づいて、前記第１の方向に関して、画像を構造体上に投射可能な第１の角度範囲と、該第１の角度範囲内において、前記構造体との距離が最も近くなる第１の角度とを算出し、前記第２の方向に関して、前記画像を前記構造体上に投射可能な第２の角度範囲と、該第２の角度範囲内において、前記構造体との距離が最も近くなる第２の角度とを算出するステップと、
   算出した前記第１および第２の角度に基づいて、前記投射レンズをその光軸と交差する方向にシフトし、前記構造体上に投射される投射画像の位置を調整するステップと、
   算出した前記第１および第２の角度範囲に基づいて、前記投射レンズの画角を調整し、前記構造体上に投射される投射画像のサイズを調整するステップと、を有する、投射画像調整方法。
   
   

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