JP2010130225A - 投写型表示装置および投写用調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投写面に向けて画像を投写する投写型表示装置における投写用調整に関する技術を提供する。
【解決手段】
投写面に向けて画像を投写して表示する投写型表示装置であって、投写型表示装置の設置位置の調整を示唆するガイド表示画像を投写し、ガイド表示画像の投写時に、所定形状の校正画像を投写し、校正画像を撮像した撮像画像に基づいて投写距離を測定し、投写画像のフォーカス調整を行う。よって、フォーカスの合ったガイド表画像を投写することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、投写面に向けて画像を投写する投写型表示装置における投写用調整の方法に関する。

従来から、画像形成に液晶パネル等の光変調素子を用いたプロジェクタをはじめとする投写型表示装置において、投写された画像（以下「投写画像」と呼ぶ）の台形歪み補正やフォーカス調整など（以下、「投写用調整」という）を行う技術が知られている。こうした投写用調整を行う際には、投写型表示装置は、ガイド表示を投写する。ガイド表示は、投写型表示装置が投写する投写画像が、スクリーンなどの投写面内に投写されるよう、ユーザーに対して投写型表示装置本体の設置位置の調整（以下「設置位置調整」と呼ぶ）を促す表示（文字やアイコンなど）である。ガイド表示がスクリーン、もしくはスクリーンの枠から外れた壁面等に投写されると、その表示を視認したユーザーが設置位置調整を行う。そして設置位置調整の終了後に、投写用調整が開始する（下記特許文献参照）。

特許第３７６１５６３号

しかしこのような順序で投写用調整を行う場合は、投写画像のフォーカス調整が行われる前にガイド表示を投写するので、投写画像のフォーカスが合っておらずガイド表示の表示内容を視認し難く、ガイド表示が本来の役目を十分に発揮できないことがあるという問題があった。また、投写型表示装置が投写する投写光の光軸と投写面との角度（以下「投写角」と呼ぶ）が垂直から大きく外れている場合、投写画像の台形歪み補正の前後では投写画像の投写面内での位置（以下「投写位置」と呼ぶ）が大きく異なる。このため台形歪み補正前のガイド表示だけでは、ユーザーは、自らが所望する投写位置に投写するように設置位置調整を行うことができないことも指摘されていた。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ユーザーが設置位置調整を行う際のガイド表示の視認と、自らが所望する設置位置への設置位置調整とを容易にする技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
投写面に向けて画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
焦点距離の調整機構を備え、画像の投写を行う投写手段と、
前記投写型表示装置の設置位置の調整を示唆するガイド表示画像を前記投写手段によって投写させるとともに、所定形状の校正画像を前記ガイド表示画面の投写時に前記投写手段によって投写させる調整用画像制御手段と、
前記校正画像を撮像した撮像画像に基づいて、前記投写面までの距離である投写距離を測定する投写距離測定手段と、
該投写距離に基づいて、前記焦点距離の調整機構を動作させて、フォーカス調整を行い、前記ガイド表示画像を合焦の状態で表示するフォーカス調整手段と
を備える投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、ガイド表示画像の投写時に、所定形状の校正画像を投写し、フォーカス調整を行うので、フォーカスの合ったガイド表示画像を投写面に投写できる。また、フォーカス調整後に、ガイド表示を視認したユーザーが投写型表示装置の設置位置調整を行った際には、投写型表示装置は位置調整を検知して、投写中の校正画像に基づいて再度フォーカス調整を行うようにしてもよい。

[適用例２]
適用例１記載の投写型表示装置であって、
前記調整用画像制御手段は、
前記ガイド表示画像と前記校正画像とを重畳し、一の画像として前記投写手段によって投写させる
投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、校正画像はガイド表示画像と同時に投写されるので、短期間にガイド表示画像のフォーカス調整を行うことができる。

[適用例３]
前記重畳された一の画像において、前記校正画像は、前記ガイド表示画像の外側に配置された適用例２記載の投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、前記校正画像は、前記ガイド表示画像の外側に配置されているので、校正画像とガイド表示画像がスクリーンからずれた位置に投写されても、他の配置に比べて校正画像の一部及びガイド表示画像がスクリーンに投写されやすい。よって、スクリーンから多少ずれた位置に両画像が投写されても、フォーカスの合ったガイド表示画像の投写が可能である。

[適用例４]
適用例１記載の投写型表示装置であって、
前記校正画像は、前記ガイド表示画像の投写期間の少なくとも一部の期間に投写される
投写型表示装置。

これらの投写型表示装置によれば、校正画像はガイド表示画像の投写期間の少なくとも一部の期間に投写されるので、フォーカスのあったガイド表示画像を投写することができる。

[適用例５]
前記校正画像は、少なくとも平面を定義可能な３つの座標を特定可能な形状である請求項１記載の投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、校正画像の形状から平面を定義可能な３点の抽出が可能なので、校正画像に基づいて生成される撮像画像からも平面を定義可能な３点の抽出が可能である。

[適用例６]
適用例１記載の投写型表示装置であって、
前記校正画像を撮像した撮像画像に基づいて、前記投写型表示装置が投写する投写画像に台形歪み補正を行う台形歪み補正手段を備える
投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、台形歪み補正手段を備えるので、投写型表示装置が投写する投写光軸に対して投写面が垂直でない場合でも、台形歪みのない画像の投写ができる。

[適用例７]
適用例６記載の投写型表示装置であって、
前記台形歪み補正手段は、前記フォーカス調整の実施後に前記台形歪み補正を行う
投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、フォーカス調整の実施後に台形歪み補正を行うので、フォーカス調整及び台形歪み補正がなされたガイド表示画像を投写面に投写できる。

[適用例８]
前記台形歪み補正は、前記ガイド表示画像の投写の終了後に行われる
適用例７記載の投写型表示装置。

この投写型表示装置によれば、台形歪み補正はガイド表示画像の投写の終了後に行われるので、ユーザーによる設置位置調整が終了後に台形歪み補正が行われることとなり、精度の良い台形歪み補正が可能である。

[適用例９]
投写面に向けて画像を投写して表示する投写型表示装置の投写用調整方法であって、
前記投写型表示装置の設置位置の調整を示唆するガイド表示画像を投写し、
前記ガイド表示画像の投写時に、所定形状の校正画像を投写し、
前記校正画像を撮像した撮像画像に基づいて、前記投写面までの距離である投写距離を測定し、
該投写距離に基づいて、前記焦点の調整機構を動作させて、フォーカス調整を行い、前記ガイド表示画像を合焦の状態で表示する
投写用調整方法。

この投写用調整方法によれば、ガイド表示画像の投写時に、所定形状の校正画像を投写し、フォーカス調整を行うので、フォーカスの合ったガイド表示画像を確認しながら投写型表示装置の設置位置の調整ができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、投写面検出方法および装置、投写画像補正方法及び装置、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）プロジェクタの全体構成
（Ａ２）投写用調整
（Ａ３）三次元測量処理
（Ａ４）フォーカス調整処理
（Ａ５）台形歪み補正処理
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：

Ａ．第１実施例：
（Ａ１）プロジェクタの全体構成：
図１は、本発明の第１実施例におけるプロジェクタ１００の全体構成を示すブロック図である。プロジェクタ１００は、画像を表す画像信号を外部から入力し、これをスクリーンＳＣなどの投写面上に画像（以下「投写画像」と呼ぶ）として表示させる。本実施例では、スクリーン面は矩形形状とされている。

プロジェクタ１００は大きく分けると、光学的な画像の形成を行う光学系と映像信号を電気的に処理する画像処理系とからなる。光学系は、照明光学系１４０と、液晶パネル１３０と、投写光学系１５０とから構成されており、特許請求の範囲における投写手段に該当する。照明光学系１４０は、放電灯（図示せず）を備え、放電灯の光を投写に用いる光として射出する。液晶パネル１３０は、後述する画像処理系からの信号を受けて、パネル面に画像を形成する。液晶パネル１３０は、カラーの投影を行うため、ＲＧＢの三原色に対応した３枚の液晶パネルからなる。そのため、照明光学系１４０からの光はＲＧＢの３色の色光に分離され、各色光は対応する各液晶パネルに入射する。各液晶パネルを通過して変調された色光は、クロスダイクロイックプリズム等の合成光学系によって合成され、投写光学系１５０に射出される。

投写光学系１５０には、投写する画像の拡大・縮小および焦点の調整を行うズームレンズ１５２、ズームの度合いを調整するズーム調整用モータ１５６、フォーカスの調整を行うフォーカス調整用モータ１５７が備えられている。投写光学系１５０は、液晶パネル１３０で変調された光を入射し、ズームレンズ１５２を用いて、スクリーンＳＣ上に投写画像を結像する。ズームレンズ１５２は、ズーム調整用モータ１５６とフォーカス調整用モータ１５７とによって、レンズの位置などが調整され、スクリーンＳＣ上の投写画像の拡大・縮小を行うズーム調整や、スクリーンＳＣ上に投写画像を適正に結像させるフォーカス調整を行っている。

他方、画像処理系は、実質的な処理全般を司るＣＰＵ１２０と映像用プロセッサ１３４とを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部１１０、液晶パネル駆動部１３２、ズームレンズ駆動部１５５、ＲＡＭ１６０、調整画像記憶部１７１を含むＲＯＭ１７０、撮像部１８０、撮像画像メモリ１８２、リモコン制御部１９０、リモコン１９１等を備える。これらの画像処理系を構成する各要素は、バス１０２を介して互いに接続されている。

Ａ／Ｄ変換部１１０は、パソコンやＤＶＤプレーヤー等の画像出力機器からケーブル２００を介して入力された入力信号をＡ／Ｄ変換するデバイスであり、変換後のデジタル画像信号を、映像用プロセッサ１３４に出力する。映像用プロセッサ１３４は、入力したデジタル画像信号に対して、輝度、コントラスト、色の濃さ、色合い、投写画像の形状等を調整する処理を行った上で、液晶パネル駆動部１３２に対して、処理後の映像信号を出力する。この映像信号に基づいて、液晶パネル駆動部１３２は、液晶パネル１３０を駆動する。結果的に、Ａ／Ｄ変換器１１０を介して入力した映像信号に対応した映像が、液晶パネル１３０に形成され、この画像が投写光学系１５０を介して、スクリーンＳＣ上に形成されることになる。

映像用プロセッサ１３４が行う画像処理としては、上記の明度、コントラスト、色合いなどの補正の他、台形歪み補正が含まれる。図１では、台形歪み補正を行う回路を、特に台形歪み補正部１３６として示した。この台形歪み補正部１３６では、ＣＰＵ１２０内の後述する投写角算出部１２６で算出した投写角の値に基づいて投写画像の台形歪み補正をデジタル画像信号に対して行っている。こうした映像用プロセッサ１３４は、台形歪み補正用のＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）として販売されている汎用のプロセッサを用いることができるが、専用のＡＳＩＣとして構成することも差し支えない。

映像用プロセッサ１３４と共に、プロジェクタ１００における画像処理を行うＣＰＵ１２０は、ズーム比算出部１２３と、焦点距離算出部１２４と、三次元測量部１２５と、投写角算出部１２６とを備える。これらの各部は、ＣＰＵ１２０がＲＯＭ１７０に予め記憶した特定のプログラムを実行することにより実現される。各処理部は、後で詳述するプロジェクタ１００とスクリーンＳＣとの相対距離（以下、投写距離と言う）や、プロジェクタから投写した投写光の光軸に対するスクリーンＳＣの傾きである投写角（以下、投影投写角と言う）を算出するために必要な処理を行っている。

ＣＰＵ１２０は、その各部の働きにより投影投射角および投写距離を算出すると、投影投射角に対応した信号を映像用プロセッサ１３４に、投写距離に対応した信号をズームレンズ駆動部１５５に、それぞれ出力する。映像用プロセッサ１３４は、投影投写角に対応した信号をＣＰＵ１２０から受け取ると、これを用いて台形歪み補正を行う。プロジェクタ１００の光学系の光軸とスクリーンＳＣとのなす角度である投影投写角が分かれば、映像がどのように歪むかは演算できるので、映像用プロセッサ１３４は、投影投写角に対応したパラメータの設定がなされると、投写画像の歪みを補正するように、Ａ／Ｄ変換器１１０から入力した画像を補正し、補正後の映像信号を、液晶パネル駆動部１３２に出力するのである。

他方、ズームレンズ駆動部１５５はＣＰＵ１２０から投写距離に相当する信号を受け取ると、その信号に基づいて、フォーカス調整用モータ１５７を駆動し、フォーカス調整を行う。なお、フォーカス調整を行うためには、ズームレンズのズーム比を知る必要があるが、本実施例では、ズーム比は、ズーム調整用モータ１５６によるズームレンズ１５２の駆動量から算出した。もとより、後述する撮像部１８０による撮像画像から算出することも可能である。

上記のＣＰＵ１２０の動作に必要となるワークエリアは、ＲＡＭ１６０上に確保される。なお、映像用プロセッサ１３４は、自身が行う画像の表示状態の調整処理など、各処理の実行の際に必要となるワークエリアを、内蔵ＲＡＭとして備えている。また、ＲＯＭ１７０は、上述した各処理部を実現するプログラムの他、後述する投写用調整に用いるガイド表示画像と校正画像とを記憶しており、調整画像記憶部１７１に対応している。

リモコン制御部１９０は、リモコン１９１を通じたユーザーからの指示を受信し、バス１０２を介してＣＰＵ１２０に伝える。リモコン１９１は投写用調整ボタン１９２及び調整終了ボタン１９３を備えており、後述する投写用調整を、ユーザーが開始及び終了する際に操作する。なお、本実施例ではプロジェクタ１００はユーザーからの指示をリモコン制御部１９０及びリモコン１９１を通じて受信しているが、ユーザーからの指示をプロジェクタ１００に備えた操作パネルなど、他の構成を通じて受け取るものとしてもよい。

撮像部１８０について説明する。撮像部１８０は、プロジェクタ１００の前面、即ち、投写光学系１５０がスクリーンＳＣに向けて映像を投写する方向を撮像可能な位置に設けられており、推奨された投影距離においてスクリーンＳＣに投影された投写画像の全体が少なくとも撮像範囲内に入るように、カメラ方向及び画角が設定されている。撮像部１８０は周知のＣＣＤ、このＣＣＤ上に映像を形成する単焦点レンズ、ＣＣＤに入射する光量を調整するオートアイリスなどの機構、更にはＣＣＤから映像信号を読み出す制御回路などを備える。オートアイリスの機構は、ＣＣＤカメラからの映像の明度の累積値に相当する信号を制御回路から受け取り、明度の累積値が所定の範囲に入るように、単焦点レンズに設けられたアイリス（絞り）を自動的に調整している。オートアイリスによる明るさの調整がなされた画像は、撮像部１８０から撮像画像メモリ１８２に出力され、撮像画像メモリ１８２の所定の領域に繰り返し書き込まれる。撮像画像メモリ１８２は、１画面分の画像の書き込みが完了すると、所定の領域のフラグを順次反転するので、ＣＰＵ１２０は、このフラグを参照することにより、撮像部１８０を用いた撮像が完了したか否かを知ることができる。ＣＰＵ１２０は、このフラグを参照しつつ、撮像画像メモリ１８２にアクセスして、必要な撮像画像を取得する。

（Ａ２）投写用調整
プロジェクタ１００が投写する投写画像をユーザーが所望する画像として投写するために、ユーザーがプロジェクタ本体の設置位置を調整して投写画像の投写される位置を調整する設置位置調整と、プロジェクタ１００が内部の処理として行う投写用調整（本実施例では、フォーカス調整、及び台形歪み補正）とが行われる。本実施例の投写用調整は、以下に説明するように、ユーザーの行う設置位置調整と並行して実施されることを特徴としている。

投写用調整の流れを、図２に示した。第１実施例における投写用調整は、投写用調整ボタン１９２をユーザーが操作することにより開始され、その処理は三次元測量処理（ステップＳ１００）と、フォーカス調整処理（ステップＳ２００）と、台形歪み補正処理（ステップＳ３００）の３つのサブルーチン、及び設置位置調整判定（ステップＳ４００）から構成されている。

三次元測量処理（ステップＳ１００）では、調整画像記憶部１７０内に記憶しているガイド表示画像３１５（図３）と校正画像３２５とを映像用プロセッサ１３４で合成し、１枚の合成画像３３０としてスクリーンＳＣに投写する。この処理は、特許請求の範囲における調整用画像制御手段に該当する。合成画像３３０をスクリーンＳＣに投写後、この合成画像３３０を撮像部１８０で撮像し、撮像画像を取得する。取得した撮像画像に基づいて測定用画像を検出する処理が実施される。測定用画像を検出した後、測定用画像に基づいて、プロジェクタ１００とスクリーンＳＣとの相対的な３次元の配置関係を算出する。ここで配置関係とは、プロジェクタ１００からスクリーンＳＣまでの距離である投写距離、及びプロジェクタ１００が投写する投写光の光軸とスクリーン平面との傾きである投写角のことである。

次に、三次元測量処理によって算出した投写距離に基づいて、投写画像のフォーカス調整処理（ステップＳ２００）を行う。フォーカス調整処理の終了後、三次元測量処理によって算出した投写角に基づいて投写画像の台形歪み補正処理（ステップＳ３００）を行う。

その後、設置位置調整終了判定（ステップＳ４００）を行い、ユーザーによる設置位置調整が終了したか否かを判断する。この判断は、例えばユーザーが、調整終了ボタン１９３を操作したか否かをチェックすることにより行なうことができる。ユーザーが調整終了ボタン１９３を操作すると、本投写用調整ルーチンを終了する。他方、調整終了ボタンが操作されるまでは、投写用調整はまだ完了していないとして、処理は、ステップＳ１００に戻り、上述した三次元測量処理（ステップＳ１００）、フォーカス調整処理（ステップＳ２００）、台形歪み補正処理（ステップＳ３００）を繰り返し実行する。本実施例における投写用調整はユーザーによる設置位置調整が並行して行なわれることを前提としているのである。

かかる前提で処理を行なうため、本実施例では、三次元測量処理の際に投写されている合成画像３３０に、ユーザーに対して設置位置調整を促す表示であるガイド表示画像３１５を含ませている。この合成画像３３０の一例を図３（Ａ）に示した。図示するように、本実施例の合成画像３３０は、中心にガイド表示画像３１５を備え、その外周に校正画像３２５を備えたものとなっている。ガイド表示画像３１５は、図３（Ｂ）に単独で示したように、中央に、白い長方形の領域を備え、この領域内に、ユーザーに対してプロジェクタの設置位置調整を促す内容の文字列を、黒色で投影する画像である。一方、このガイド表示画像３１５の外周に存在する校正画像３２５は、図３（Ｃ）に単独で示したように、相似形状をした大きさの異なる２つの長方形の輪郭線を所定の幅とした形状の図形を、同心に配置し、かつそれらの中心を通る十字線を所定の幅とした形状の図形とを重ねた白色の図形である。校正画像は後述するスクリーン平面の三次元測量に用いる画像である。この校正画像３２５は、図形の性質を利用して、平面の定義が可能な３点の測定点が抽出できる形状であれば、どのような形状でもよい。このような特徴を備えたガイド表示画像３１５と校正画像３２５を合成したものが、合成画像３３０である。

三次元測量処理の開始によって、合成画像３３０が投写される。この合成画像３３０の投写を開始した時点では、投写画像のフォーカス調整及び台形歪み補正は行われていないが、投写の開始後、直ちに、図２に示した投写用調整処理が実施されるから、フォーカス調整処理（ステップＳ２００）の実施により、ガイド表示画像３１５の焦点は合い、台形歪み補正処理（ステップＳ３００）の実施により、投写画像の台形歪みは補正される。こうした処理は、短時間のうちに完了することができるから、ユーザーが、ガイド表示の文字列を読み、その指示に従って、プロジェクタ１００の設置位置の調整を始める頃には、ガイド表示画像３１５の文字は鮮明となり、歪みのない形状で投影されていることになる。従って、ユーザーは、ガイド表示画像３１５を参照して、設置位置調整をスムースに行なうことができる。ユーザーは所望の位置にプロジェクタ１００を設置し、投写画像が自らが望んだ状態であることを確認すると、リモコン１９１（図１）内の調整終了ボタン１９３を操作する。

以下、図１に示した投写用調整処理ルーチンの各処理（ステップＳ１００ないし３００）について、詳しく説明する。

（Ａ３）三次元測量処理：
三次元測量処理は、プロジェクタ１００が投写する合成画像３３０に基づいて、プロジェクタ１００のズームレンズ１５２の主点を原点とする三次元座標系（以下「レンズ座標系」とも呼ぶ）における、スクリーンＳＣを含む平面の三次元状態を検出する処理である。すなわち、上述したようにプロジェクタ１００からスクリーンＳＣまでの距離である投写距離、及びプロジェクタ１００における投写光学系の光軸に対するスクリーンＳＣの三次元的な傾きである投写角を検出するのである。

図４を用いて三次元測量処理の流れを説明する。三次元測量処理は、上述したように、投写用調整の開始の指示（ユーザーによる投写用調整ボタン操作時）により開始される。三次元測量処理が開始されると、ＣＰＵ１２０は、ＲＯＭ１７０の調整画像記憶部１７１が記憶しているガイド表示画像３１５（図３（Ｂ））と、校正画像３２５とを読み出し、映像用プロセッサ１３４に対して、ガイド表示画像と校正画像とから合成画像３３０を生成し投影するように指示する（ステップＳ１１０）。この指示を受けた映像用プロセッサ１３４は、合成画像３３０を合成後、合成画像３３０を、液晶パネル駆動部１３２を介して液晶パネル１３０に出力する。そして、合成画像３３０が、スクリ−ンＳＣに投影されたタイミングで、ＣＰＵ１２０は、撮像部１８０に対して合成画像３３０の撮像と撮像した画像の保存とを指示する（ステップＳ１２０）。撮像の指示を受けた撮像部１８０は、ＣＣＤに入射する映像の明るさなどが撮像に適したものとなるようにオートアイリスを調整し、撮像を行なう。撮像された画像（以下「撮像画像」と呼ぶ）は、撮像部１８０により、撮像画像メモリ１８２に保存されるが、撮像画像の保存が完了すると、フラグが反転されるので、ＣＰＵ１２０はこのフラグを監視することにより、撮像画像が撮像画像メモリ１８２に保存されたことを確認することができる。撮像画像メモリ１８２に保存された撮像画像３４０の一例を、図５（Ａ）に示した。投写光学系の光軸とスクリーンＳＣとが直交していなければ、図５（Ａ）に例示したように、撮像画像３４０は、合成画像３３０と比べて、台形歪みが生じた画像となっている。

次に撮像した撮像画像３４０を、画像中の白色の濃淡で離散化し、測定用画像３５０及び測定用ライン３５５を検出する処理を行う（ステップＳ１３０）。ここで用いる離散化の処理とは、撮像画像３４０を含む二次元平面座標を水平方向及び垂直方向にスキャンし、各画素の濃淡の分布を求め、濃淡の分布から各方向に３つの重心位置を求め、撮像画像内の白線で表された校正ライン３４５の中心線である測定用ライン３５５を取得する処理を意味している。このように、撮像画像３４０及び校正ライン３４５の輪郭がぼやけた画像であっても、離散化することにより測定用ライン３５５は一意に定まる。つまり、プロジェクタ１００のズームレンズ１５２のフォーカス調整がされておらず、スクリーンＳＣに投写された画像がぼけていても、撮像された輪郭のぼやけた撮像画像３４０から、測定用ライン３５５を検出することができる。検出された測定用ライン３５５の一例を、図５（Ｂ）に示した。

測定用画像３５０を検出後、測定用ライン３５５に基づいて、測定用ライン３５５の各白線の交点である測定点３５７を検出する処理を行う（ステップＳ１４０）。図５（Ｃ）に示したように、図５（Ｂ）に示した測定用ライン３５５からは、最大計１７個の測定点Ｐ１ないしＰ１７が検出され、Ｐ１（Ｘ０１，Ｙ０１）ないしＰ１７（Ｘ１７，Ｙ１７）として表すことができる。

次に、ステップＳ１４０によって検出された１７個の測定点３５７の内、平面の定義が可能な３点を選択する処理を行う（図４：ステップＳ１５０）。平面の定義が可能な３点の選択については、その３点全てが同一直線上に位置しなければ、１７個の測定点３５７の内のどの３点を選択してもよい。本実施例において、１７個の測定点３５７を検出しているのは、投写光学系１５０とスクリーンＳＣの間に障害物等が介在し、投写光学系１５０から投写した合成画像の一部がスクリーンＳＣに表示されなかった場合や、撮像部１８０とスクリーンＳＣの間に障害物が介在し合成画像の一部を撮像できなかった場合にでも、その撮像された撮像画像３４０の一部分から測定点３５７を検出し、その測定点３５７を用いて三次元測量を行うことができるようにするためである。ユーザーによる実際の設置位置調整に際しては、合成画像３３０が完全にスクリーンＳＣ内に入っているとは限らないので、三次元測量処理では、内側の９個の測定点の中から３点を選択している。

次に、選択した３つの測定点３５７のレンズ座標系における三次元座標を検出する（ステップＳ１６０）。測定点３５７の三次元座標の検出は、ズームレンズ１５２と撮像部１８０との視差を利用し、三角測量の原理により三次元座標を検出する能動型のアクティブステレオ法を用いて行う。なお、測定点の三次元座標の検出には複数のカメラを用いた受動型のステレオ法など、アクティブステレオ法以外の方法を用いてもよい。

このようにして検出された３つの測定点３５７の三次元座標に基づいて、スクリーンＳＣを含む平面に近似する近似平面を算出する（ステップＳ１７０）。具体的には、この３つの測定点を用いた最小二乗法により、スクリーン面を含む平面に近似する近似平面の式を算出する。近似平面式の算出後、三次元測量処理は終了する。ＣＰＵ１２０が実行する上記処理（図４）が、図１に示した三次元測量部１２５に相当する。

（Ａ４）フォーカス調整処理
次に、フォース調整処理（図２、ステップＳ２００）の詳細について説明する。フォーカス調整処理は投写画像のフォーカス調整を行う処理であり、図１におけるプロジェクタ１００内の焦点距離算出部１２４、及び焦点距離算出部１２４からのコマンドによって稼働するズームレンズ駆動部１５５及びフォーカス調整用モータ１５７によって行われる処理である。この処理は、実際には、ＣＰＵ１２０が、図６のフローチャートに示した処理を順次実行することにより実現される。

図６は焦点距離算出部１２４が行うフォーカス調整処理の流れを示している。フォーカス調整処理が開始されると、ＣＰＵ１２０は、まず、三次元測量処理で検出したスクリーン平面の近似平面に基づいて、ズームレンズ１５２の主点からスクリーンＳＣまでの距離である投写距離を取得する処理を行う（ステップＳ２１０）。その後、焦点距離算出部１２４は投写距離に基づいてプロジェクタ１００からの投写光がスクリーンＳＣで投写画像として結像する焦点距離を算出する（ステップＳ２２０）。最後に、算出した焦点距離に焦点が合うようにズームレンズ１５２の適切な位置及びその位置にレンズを移動させるフォーカス調整用モータ１５７の駆動量を算出し、駆動量の値をズームレンズ駆動部１５５に設定し（ステップＳ２３０）、フォーカス調整処理を終了する。駆動量の値が設定されたズームレンズ駆動部１５５は、駆動量に基づいてフォーカス調整用モータ１５７を駆動することにより、ズームレンズ１５２を適切な位置に移動させる。この結果、投写されている画像は、スクリーンＳＣ上で焦点を結ぶことになる。以上で、フォーカス調整が完了する。なお、三次元測量処理で求めたスクリーン平面の近似平面の情報から、投写距離を求める際に必要となるズームレンズのズーム比は、本実施例では、上述したように、ズーム調整用モータ１５６によるズームレンズ１５２の駆動量から求めた。もとより、撮像部１８０による撮像画像から算出することも可能である。

（Ａ５）台形歪み補正処理：
次に台形歪み補正処理について説明する。台形歪みは、プロジェクタ１００から投写した投写光の光軸の方向に対して、スクリーンＳＣを含むスクリーン面が垂直に設置されていない場合に、プロジェクタ１００からの投写画像に生じる台形型の歪みのことである。

台形歪み補正処理の流れを図７に示した。この台形歪み補正処理を開始すると、ＣＰＵ１２０は、まず、三次元測量処理で検出したスクリーン平面の近似平面とプロジェクタ１００から投写した投写光の光軸との角度である投写角を算出する処理を行う（ステップＳ３１０）。この投写角は、実際には三次元測量処理（図４）で算出されているから（ステップＳ１７０）、ここでは三次元測量処理で算出されＲＡＭ１６０の所定のエリアに保存されていた投写角のデータを読み出している。次に算出された投写角を基に、台形歪み補正部としての処理を実行し、スクリーン平面に対して投写角が垂直となる測定点３５７の目標座標を算出する（ステップＳ３２０）。最後に、測定点３５７の座標を目標座標に変換する変換係数を算出する処理を行い（ステップＳ３３０）、この係数を映像用プロセッサ１３４に設定する処理（ステップＳ３４０）を行う。以上で、台形歪み補正処理は終了する。

台形歪み補正処理の終了後、映像用プロセッサ１３４は、設定された係数を用いて、入力されるデジタル画像信号を変換し、変換した結果を液晶パネル駆動部１３２へと出力する。映像用プロセッサ１３４に設定する係数は、入力した画像信号の画素位置の情報（座標）に対して、３次元のベクトル演算を行う際の係数である。

この３次元のベクトル演算は、画素の座標を、台形歪み補正する位置の座標に変換するために実行される。この係数が設定されると、映像用プロセッサ１３４は、入力したデジタル画像信号に対して、各画素の座標に対してベクトル演算を繰り返す。これにより、投写画像の台形歪み補正は実現される。

以上説明したように、第１実施例のプロジェクタ１００によれば、ユーザーが投写画像の調整を行う際に、プロジェクタ１００がユーザーに対して設置位置調整を促すガイド表示をフォーカスが合った状態で表示する。従って、ユーザーは、設置位置調整に際して、ガイド表示を容易に視認して、作業を行うことができる。このガイド表示を視認したユーザーは設置位置調整を開始するが、ユーザーによる設置位置調整と並行してプロジェクタ１００は投写用調整を行うので、ユーザーは投写用調整の結果を確認しながら、スクリーンに投写される投写画像の位置の調整、つまりプロジェクタ本体の設置位置調整を行うことができる。また、ユーザーによる設置位置調整が終了するまで投写用調整は繰り返し行われるので、ユーザーが望む設置位置調整及び投写用調整の結果を得ることができ、且つユーザーによる設置位置調整を容易にする。

Ｂ．第２実施例：
次に第２実施例について説明する。第１実施例との違いは、三次元測定処理、フォーカス調整処理、台形歪み処理、設置位置判定の各処理の順序及び配置が異なる点である。なお、本実施例におけるプロジェクタの構成、及び、三次元測定処理、フォーカス調整処理、台形歪み処理、設置位置判定の各処理の処理内容は第１実施例と同じであるので、各処理の詳細説明は省略する。

図８に第２実施例における投写用調整の流れを示した。また、各ステップの数字の後に小文字アルファベットを付したステップは、第１実施例における当該数字の処理と同一であることを示す。まず、ユーザーによって投写用調整ボタン１９２が操作されることにより投写用調整は開始される。投写用調整を開始すると、ＣＰＵ１２０は、図８に示した三次元測量処理（ステップＳ１００ａ）を開始する。三次元測量処理においては、第１実施例で説明したように、図３（Ａ）に例示した合成画像３３０をスクリーンＳＣに投写し、スクリーンの近似平面を算出し、その結果に基づいてフォーカス調整処理を行う（ステップＳ２００ａ）。この時点で投写された合成画像のフォーカスが合うので、合成画像中のガイド表示を視認することは容易である。ガイド表示を視認したユーザーは設置位置調整を開始する。第２実施例では、この処理の段階で設置位置終了判定を行う（ステップＳ４００ａ）。つまり、ユーザーによる設置位置調整が終了するまで投写画像のフォーカス調整のみを繰り返し実行する。ユーザーは、フォーカスの合った合成画像を確認しながら設置位置調整を行う。

ユーザーが設置位置調整を終え、リモコンの調整終了ボタン１９３を操作すると、再び三次元測量処理（ステップＳ１００ｂ）を開始する。その後、台形歪み補正処理（ステップＳ３００ａ）を行い投写用調整は終了する。なお、ユーザーによる設置位置調整終了後に行なう三次元測量処理（ステップＳ１００ｂ）では、設置位置調整中に行なわれる三次元測量処理（ステップＳ１００ａ）とは異なり、ガイド表示画像３１５は表示されない。設置位置調整が終了した後に行なわれる三次元測量処理では、図３（Ｃ）に示した校正画像のみが表示される。

このように、第２実施例では、ユーザーによる設置位置調整中は、フォーカス調整だけを行っている。従って、ユーザーが設置位置調整に手間取って、プロジェクタ１００の設置位置がいつまでに決まらないとしても、その間、合成画像３３０は、常に合焦の状態で鮮明に表示され続ける。台形歪み補正は、設置位置終了後に行われるので、プロジェクタ１００による台形歪み補正の処理と、ユーザーによるプロジェクタ１００の設置位置の修正とが、競合してしまうと言ったことがない。台形歪み補正処理を投写用調整の完了後に行うようにすることで、素早いフォーカス調整処理と確実な台形歪み補正とを両立させることができる。

Ｃ．第３実施例：
次に第３実施例について説明する。第３実施例は第２実施例と同様に、第１実施例との違いは三次元測定処理、フォーカス調整処理、台形歪み処理、設置位置判定の各処理の実施の手順のみが異なるので、プロジェクタの構成及び各処理の詳細説明は省略する。

図９に第３実施例における投写用調整の流れを示した。ユーザーによって投写用調整ボタン１９２が操作されたことを検出すると、ＣＰＵ１２０は、図９に示した投写用調整処理ルーチンを開始する。投写用調整を開始すると、まず三次元測量処理（ステップＳ１００ｃ）を行なう。三次元測量処理においては、図３（Ａ）に示した合成画像３３０が投写面に投写され、スクリーンの近似平面が算出される。ＣＰＵ１２０は、スクリーンＳＣの近似平面を算出すると、その結果に基づいて、フォーカス調整処理を行う（ステップＳ２００ｂ）。この時点で投写された合成画像のフォーカスが合うので、合成画像中のガイド表示をユーザーが視認可能となる。ガイド表示を視認したユーザーは設置位置調整を開始する。この処理の段階で設置位置終了判定を行うが（ステップＳ４００ｂ）、第３実施例では、ユーザーによる設置位置調整が未終了であっても三次元測定処理やフォーカス調整処理を繰り返し行うことはせず、実質、ユーザーによる設置位置調整の終了を待機する。

ユーザーが設置位置調整を終え、リモコンの調整終了ボタン１９３を操作すると、再び三次元測量処理（ステップＳ１００ｄ）を開始する。その後、フォーカス調整処理（ステップＳ２００ｃ）、台形歪み補正処理（ステップＳ３００ｂ）を行い投写用調整は終了する。なお、再度行なわれる三次元測量処理（ステップＳ１００ｄ）では、ガイド表示画像３１５は表示されず、図３（Ｃ）に示した校正画像のみが表示されることは第２実施例と同様である。

このように、第３実施例では、投写用調整が開始されるとユーザーによる設置位置調整が終了するまでに、フォーカス調整を１回だけ行っている。設置位置調整においてユーザーが、プロジェクタ１００とスクリーンＳＣとの距離を大幅に変更することは少なく、仮に両者の距離を大きく変更するとすれば、再度、投写用調整ボタン１９２を操作すれば良いからである。設置位置調整が実施している間に、フォーカス調整を１回行うだけなので、フォーカス調整用モータ１５７をいたずらに駆動することがなく、省エネルギの要請にも応えることができる。また、ユーザーによる設置位置調整の後で、再度三次元測量処理（ステップＳ１００ｄ）から処理を行なうので、最終的なフォーカス調整や台形歪み補正を、精度良く実施することができる。

上述した第２、第３実施例では、ユーザーによる設置位置調整の終了後に再度三次元測量処理（ステップＳ１００ｂまたはＳ１００ｄ）を行なっている。これらの実施例では、ユーザーによる設置位置調整中の三次元測量処理と調整後の三次元測量処理とは同一の処理としたが、両者を異なる処理とすることも差し支えない。例えば、設置位置調整処理が終了した後で行なわれる三次元測量処理では、既に投影すべき画像信号が外部から入力していることも考えられるので、図３に示した専用の校正画像３２５のみを投影するのではなく、外部から入力された投影画像に、校正画像を重畳して投影するものとしてもよい。この場合、入力された投影画像に重畳する校正画像の白黒を反転し、正像が重畳された場合の撮像画像と、反転像が重畳された場合の撮像画像と求めて、両者を差し引きすれば、撮像画像から、校正画像を精度良く抽出することができる。

Ｄ．変形例：
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形が可能である。

（Ｄ１）変形例１：
上記実施例では、図３に示したガイド表示画像３１５と校正画像３２５とを合成した合成画像３３０を用いて、投写用調整を行ったが、ガイド表示画像３１５や校正画像３２５は、この例示に限られるものでないことは既に説明した通りである。例えば、図１０に示すように、所定の大きさの白い四角い領域を複数配列した校正画像を用いて第２合成画像４１０を生成し投写用調整を行ってもよいし、合成画像４２０に示すように、ガイド表示の表示されている白い長方形の領域の４つの隅部（頂点）を利用して最低３つの測定点を抽出することも可能である。白い長方形の輪郭の検出には、微分フィルタやラプラシアンフィルタと言った輪郭抽出フィルタを利用することができる。

また、ガイド表示画像としては、表示内容として文字に限らず、アニメ的な画像や社名を示すようなシンボルマークでもよく、校正画像と合成した際に測定点として使用する校正画像の形状に重ならない表示及び形状であれば良い。ガイド表示の内容や形状については、特に制限は無い。

この他、プロジェクタ１００では光変調素子として液晶パネル１３０を用いているが、光変調素子としてＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）を用いたＤＬＰプロジェクタとしても良い。また、撮像部１８０に用いるイメージセンサをＣＣＤに代えてＣＭＯＳとしても良い。更に、照明光学系１４０に用いる光源を放電灯に代えてＬＥＤや半導体レーザーなどの半導体光源を用いても良い。

投写用調整において、ユーザーによるリモコン１９１内の投写用調整ボタン１９２をユーザーが操作することにより開始するとしていたが、プロジェクタの電源投入時の初期画面の投写時に開始するとしてもよいし、プロジェクタに加速度センサを設置し、プロジェクタ本体の振動を感知して、ユーザーによる設置位置調整の開始、終了を検知するとしてもよい。

また、上記実施例においてソフトウェアで実現されている機能の一部をハードウェアで実現してもよく、あるいは、ハードウェアで実現されている機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。

第１実施例におけるプロジェクタ１００の構成を示すブロック図である。 第１実施例における投写用調整を示すフローチャートである。 投写用調整に用いる画像を示した説明図である。 第１実施例における三次元測量処理を示すフローチャートである。 三次元測量処理に用いる画像を示した説明図である。 第１実施例におけるフォーカス調整処理を示すフローチャートである。 第１実施例における台形歪み補正設定処理を示すフローチャートである。 第２実施例における投写用調整を示すフローチャートである。 第３施例における投写用調整を示すフローチャートである。 変形例に用いる画像を示した説明図である。

符号の説明

１００…プロジェクタ
１０２…バス
１２０…ＣＰＵ
１２３…ズーム比算出部
１２４…焦点距離算出部
１２５…三次元測量部
１２６…投写角算出部
１３０…液晶パネル
１３２…液晶パネル駆動部
１３４…映像用プロセッサ
１３６…台形歪み補正部
１４０…照明光学系
１５０…投写光学系
１５２…ズームレンズ
１５５…ズームレンズ駆動部
１５６…ズーム調整用モータ
１５７…フォーカス調整用モータ
１６０…ＲＡＭ
１７０…ＲＯＭ
１７１…調整画像記憶部
１８０…撮像部
１８２…撮像画像メモリ
１９０…リモコン制御部
１９１…リモコン
１９２…投写用調整ボタン
１９３…調整終了ボタン
２００…ケーブル
３１５…ガイド表示画像
３２５…校正画像
３３０…合成画像
３４０…撮像画像
３４５…校正ライン
３５０…測定用画像
３５５…測定用ライン
３５７…測定点
４１０…第２合成画像
４２０…第３合成画像
ＳＣ…スクリーン

Claims (9)

1. 投写面に向けて画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
   焦点距離の調整機構を備え、画像の投写を行う投写手段と、
   前記投写型表示装置の設置位置の調整を示唆するガイド表示画像を前記投写手段によって投写させるとともに、所定形状の校正画像を前記ガイド表示画面の投写時に前記投写手段によって投写させる調整用画像制御手段と、
   前記校正画像を撮像した撮像画像に基づいて、前記投写面までの距離である投写距離を測定する投写距離測定手段と、
   該投写距離に基づいて、前記焦点距離の調整機構を動作させて、フォーカス調整を行い、前記ガイド表示画像を合焦の状態で表示するフォーカス調整手段と
   を備える投写型表示装置。
2. 請求項１記載の投写型表示装置であって、
   前記調整用画像制御手段は、
   前記ガイド表示画像と前記校正画像とを重畳し、一の画像として前記投写手段によって投写させる
   投写型表示装置。
3. 前記重畳された一の画像において、前記校正画像は、前記ガイド表示画像の外側に配置された請求項２記載の投写型表示装置。
4. 請求項１記載の投写型表示装置であって、
   前記校正画像は、前記ガイド表示画像の投写期間の少なくとも一部の期間に投写される
   投写型表示装置。
5. 前記校正画像は、少なくとも平面を定義可能な３つの座標を特定可能な形状である請求項１記載の投写型表示装置。
6. 請求項１記載の投写型表示装置であって、
   前記校正画像を撮像した撮像画像に基づいて、前記投写型表示装置が投写する投写画像に台形歪み補正を行う台形歪み補正手段を備える
   投写型表示装置。
7. 請求項６記載の投写型表示装置であって、さらに、
   前記台形歪み補正手段は、前記フォーカス調整の実施後に前記台形歪み補正を行う
   投写型表示装置。
8. 前記台形歪み補正は、前記ガイド表示画像の投写の終了後に行われる
   請求項７記載の投写型表示装置。
9. 投写面に向けて画像を投写して表示する投写型表示装置の投写用調整方法であって、
   前記投写型表示装置の設置位置の調整を示唆するガイド表示画像を投写し、
   前記ガイド表示画像の投写時に、所定形状の校正画像を投写し、
   前記校正画像を撮像した撮像画像に基づいて、前記投写面までの距離である投写距離を測定し、
   該投写距離に基づいて、前記焦点の調整機構を動作させて、フォーカス調整を行い、
   前記ガイド表示画像を合焦の状態で表示する
   投写用調整方法。

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