JP2011176637A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 映像ムラを抑制することを可能とする投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】 投写型映像表示装置１００は、光源１０から出射される光を変調する液晶パネル５０と、液晶パネル５０から出射される光を投写面上に投写する投写ユニット１１０とを有する。投写型映像表示装置１００は、投写型映像表示装置１００と投写面との距離に応じて、投写面上に投写される映像の補正処理を行う映像補正部２５０を備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、光源から出射される光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写ユニットとを有する投写型映像表示装置に関する。

従来、光源から出射される光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写ユニットとを備える投写型映像表示装置が知られている。

これに対して、以下の手順で映像を補正する方法が知られている。第１に、投写型映像表示装置は、長方形形状のテストパターン画像を投写面上に投写する。第２に、投写型映像表示装置は、投写面上に投写されたテストパターン画像を撮像して、投写面におけるテストパターン画像の４隅の座標を特定する。第３に、投写型映像表示装置は、投写面におけるテストパターン画像の４隅の座標に基づいて、投写型映像表示装置と投写面との位置関係を特定して、投写面上に投写される映像を補正する。

また、投写面に対して斜め方向から光を投写型映像表示装置が投写するケースにおいて、投写型映像表示装置からの光路長が相対的に近い投写面の領域（近方領域）の照度を投写型映像表示装置からの光路長が長い投写面の領域（遠方領域）の照度に揃える技術が提案されている（例えば、特許文献１）。すなわち、投写型映像表示装置は、投写面に投写される光の照度を最も小さい照度に揃える。

特開２００２−６２８４２号公報

ところで、投写面に対して斜め方向から光を投写型映像表示装置が投写するケースでは、台形補正処理などのように、投写面に投写される映像の形状が補正される。台形補正処理では、遠方領域の画素数が減少するため、遠方領域では、近方領域と比べて、画素の間隔が広がる。また、遠方領域では、近方領域と比べて、投写型映像表示装置から出射される光束が広がるため、画素のサイズも拡大する。

このように、画素の間隔や画素のサイズは、投写型映像表示装置から投写面を構成する各領域までの光路長に応じて異なる。これに伴って、焦点ムラ、輝度ムラなどの映像ムラが生じてしまう。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、映像ムラを抑制することを可能とする投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る投写型映像表示装置は、光源（光源１０）から出射される光を変調する光変調素子（液晶パネル５０）と、前記光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写ユニット（投写ユニット１１０）とを有する。投写型映像表示装置は、前記投写型映像表示装置と前記投写面との距離に応じて、前記投写面上に投写される映像の補正処理を行う映像補正部（映像補正部２５０）を備える。

第１の特徴において、前記投写面は、前記投写型映像表示装置から離れた側に設けられる遠方領域と、前記遠方領域よりも前記投写型映像表示装置に近い側に設けられる近方領域とを含む。前記補正処理は、前記遠方領域に焦点を合わせる処理である。

第１の特徴において、前記補正処理は、焦点位置から離れているほど、輪郭強調を強める処理である。

第１の特徴において、前記補正処理は、焦点位置から離れているほど、コントラスト強調を強める処理である。

第１の特徴において、前記光源は、複数色の色成分光を出射するように構成される。前記補正処理は、前記投写型映像表示装置と前記投写面との距離に応じて、前記複数色の色成分光間の輝度比を調整する処理である。

第１の特徴において、前記投写面は、３次元の面によって構成される。

本発明によれば、映像ムラを抑制することを可能とする投写型映像表示装置を提供することができる。

第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の概略を示す図である。 第１実施形態に係る遠方領域４２０Ｂを示す図である。 第１実施形態に係る近方領域４２０Ａを示す図である。 第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す図である。 第１実施形態に係る制御ユニット２００を示すブロック図である。 第１実施形態に係る記憶テストパターン画像の一例を示す図である。 第１実施形態に係る記憶テストパターン画像の一例を示す図である。 第１実施形態に係る記憶テストパターン画像の一例を示す図である。 第１実施形態に係る記憶テストパターン画像の一例を示す図である。 第１実施形態に係る撮像テストパターン画像の一例を示す図である。 第１実施形態に係る撮像テストパターン画像の一例を示す図である。 第１実施形態に係る投写テストパターン画像における交点を算出する方法を説明するための図である。 第１実施形態に係るフォーカス補正処理を説明するための図である。 第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の動作を示すフロー図である。 変更例１に係る重み係数を示す図である。 変更例１に係る投写型映像表示装置１００の動作を示すフロー図である。 変更例４に係るフォーカス補正処理を説明するための図である。 変更例４に係るフォーカス補正処理を説明するための図である。 変更例５に係る台形補正補正処理を説明するための図である。 変更例５に係る台形補正処理を説明するための図である。

以下において、本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［実施形態の概要］
実施形態に係る投写型映像表示装置は、光源から出射される光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写ユニットとを有する。投写型映像表示装置は、投写型映像表示装置と投写面との距離に応じて、投写面上に投写される映像の補正処理を行う映像補正部を備える。

ここで、投写型映像表示装置から離れた側に設けられた投写面の領域（遠方領域）では、投写型映像表示装置に近い側に設けられた投写面の領域（近方領域）と比べて、投写型映像表示装置から出射される光束が広がる。すなわち、遠方領域では、近方領域と比べて、画素のサイズが拡大する。また、台形補正処理では、遠方領域の画素数が減少するため、遠方領域では、近方領域と比べて、画素の間隔が広がる。

これに対して、実施形態では、映像補正部は、投写型映像表示装置と投写面との距離に応じて、投写面上に投写される映像の補正処理を行う。従って、画素のサイズや画素の間隔が異なる場合において、映像ムラを抑制することができる。

［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の概略）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の概略を示す図である。

図１に示すように、投写型映像表示装置１００には、撮像装置３００が設けられる。また、投写型映像表示装置１００は、投写面４００上に映像光を投写する。

撮像装置３００は、投写面４００を撮像するように構成される。すなわち、撮像装置３００は、投写型映像表示装置１００によって投写面４００上に投写された映像光の反射光を検出するように構成される。撮像装置３００は、投写型映像表示装置１００に内蔵されていてもよく、投写型映像表示装置１００と併設されていてもよい。

投写面４００は、スクリーンなどによって構成される。投写型映像表示装置１００が映像光を投写可能な範囲（以下、投写可能範囲４１０）は、投写面４００上に形成される。なお、図１では、台形補正処理前の投写可能範囲４１０Ａが台形補正処理によって投写可能範囲４１０Ｂに補正されるケースについて例示されている。また、投写面４００は、スクリーンの外枠などによって構成される投写枠を有する。

第１実施形態では、投写型映像表示装置１００の光軸Ｎが投写面４００の法線Ｍと一致しないケースについて例示する。例えば、光軸Ｎと法線Ｍとが角度θを構成するケースについて例示する。

すなわち、第１実施形態では、光軸Ｎが法線Ｍと一致しないため、投写可能範囲４１０（投写面４００上に表示される映像）が歪んでしまう。第１実施形態では、このような投写可能範囲４１０の歪みを補正する方法についても説明する。

ここで、投写面４００は、投写型映像表示装置１００に近い側に設けられる近方領域（例えば、近方領域４２０Ａ）と、投写型映像表示装置１００から離れた側に設けられる遠方領域（例えば、遠方領域４２０Ｂ）とを含む。

遠方領域４２０Ｂでは、台形補正処理に伴って画素の間隔が相対的に広がる。また、遠方領域４２０Ｂは、投写型映像表示装置１００から離れており、投写型映像表示装置１００から出射される光束が広がるため、図２に示すように、遠方領域４２０Ｂに照射される光束が疎である。すなわち、遠方領域４２０Ｂでは、画素のサイズが大きい。

一方で、近方領域４２０Ａでは、台形補正処理に伴って画素間隔が相対的に広がらない。また、近方領域４２０Ａは、投写型映像表示装置１００に近く、投写型映像表示装置１００から出射される光束が広がらないため、図３に示すように、近方領域４２０Ａに照射される光束が密である。すなわち、遠方領域４２０Ｂでは、画素のサイズが小さい。

（投写型映像表示装置の構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す図である。

図４に示すように、投写型映像表示装置１００は、投写ユニット１１０と、照明装置１２０とを有する。

投写ユニット１１０は、照明装置１２０から出射された映像光を投写面（不図示）上などに投写する。

第１に、照明装置１２０は、光源１０と、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０と、フライアイレンズユニット３０と、ＰＢＳアレイ４０と、複数の液晶パネル５０（液晶パネル５０Ｒ、液晶パネル５０Ｇ及び液晶パネル５０Ｂ）と、クロスダイクロイックプリズム６０とを有する。

光源１０は、白色光を発する光源（例えば、ＵＨＰランプやキセノンランプ）などである。すなわち、光源１０が発する白色光は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを含む。

ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０は、可視光成分（赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂ）を透過する。ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０は、赤外光成分や紫外光成分を遮光する。

フライアイレンズユニット３０は、光源１０が発する光を均一化する。具体的には、フライアイレンズユニット３０は、フライアイレンズ３１及びフライアイレンズ３２によって構成される。フライアイレンズ３１及びフライアイレンズ３２は、それぞれ、複数の微少レンズによって構成される。各微少レンズは、光源１０が発する光が液晶パネル５０の全面に照射されるように、光源１０が発する光を集光する。

ＰＢＳアレイ４０は、フライアイレンズユニット３０から出射された光の偏光状態を揃える。例えば、ＰＢＳアレイ４０は、フライアイレンズユニット３０から出射された光をＳ偏光（又はＰ偏光）に揃える。

液晶パネル５０Ｒは、赤出力信号Ｒ_ｏｕｔに基づいて赤成分光Ｒを変調する。液晶パネル５０Ｒに光が入射する側には、一の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板５２Ｒが設けられている。液晶パネル５０Ｒから光が出射する側には、一の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を透過する出射側偏光板５３Ｒが設けられている。

液晶パネル５０Ｇは、緑出力信号Ｇ_ｏｕｔに基づいて緑成分光Ｇを変調する。液晶パネル５０Ｇに光が入射する側には、一の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板５２Ｇが設けられる。一方で、液晶パネル５０Ｇから光が出射する側には、一の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を透過する出射側偏光板５３Ｇが設けられる。

液晶パネル５０Ｂは、青出力信号Ｂ_ｏｕｔに基づいて青成分光Ｂを変調する。液晶パネル５０Ｂに光が入射する側には、一の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板５２Ｂが設けられる。一方で、液晶パネル５０Ｂから光が出射する側には、一の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を透過する出射側偏光板５３Ｂが設けられる。

なお、赤出力信号Ｒ_ｏｕｔ、緑出力信号Ｇ_ｏｕｔ及び青出力信号Ｂ_ｏｕｔは、映像出力信号を構成する。映像出力信号は、１フレームを構成する複数の画素毎の信号である。

ここで、各液晶パネル５０には、コントラスト比や透過率を向上させる補償板（不図示）が設けられていてもよい。また、各偏光板は、偏光板に入射する光の光量や熱負担を軽減させるプリ偏光板を有していてもよい。

クロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５０Ｒ、液晶パネル５０Ｇ及び液晶パネル５０Ｂから出射される光を合成する色合成部を構成する。クロスダイクロイックプリズム６０から出射された合成光は、投写ユニット１１０に導かれる。

第２に、照明装置１２０は、ミラー群（ミラー７１〜ミラー７６）及びレンズ群（レンズ８１〜レンズ８５）を有する。

ミラー７１は、青成分光Ｂを透過して、赤成分光Ｒ及び緑成分光Ｇを反射するダイクロイックミラーである。ミラー７２は、赤成分光Ｒを透過して、緑成分光Ｇを反射するダイクロイックミラーである。ミラー７１及びミラー７２は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを分離する色分離部を構成する。

ミラー７３は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを反射して、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂをミラー７１側に導く。ミラー７４は、青成分光Ｂを反射して、青成分光Ｂを液晶パネル５０Ｂ側に導く。ミラー７５及びミラー７６は、赤成分光Ｒを反射して、赤成分光Ｒを液晶パネル５０Ｒ側に導く。

レンズ８１は、ＰＢＳアレイ４０から出射された光を集光するコンデンサレンズである。レンズ８２は、ミラー７３で反射された光を集光するコンデンサレンズである。

レンズ８３Ｒは、液晶パネル５０Ｒに赤成分光Ｒが照射されるように、赤成分光Ｒを略平行光化する。レンズ８３Ｇは、液晶パネル５０Ｇに緑成分光Ｇが照射されるように、緑成分光Ｇを略平行光化する。レンズ８３Ｂは、液晶パネル５０Ｂに青成分光Ｂが照射されるように、青成分光Ｂを略平行光化する。

レンズ８４及びレンズ８５は、赤成分光Ｒの拡大を抑制しながら、液晶パネル５０Ｒ上に赤成分光Ｒを略結像するリレーレンズである。

（制御ユニットの構成）
以下において、第１実施形態に係る制御ユニットについて、図面を参照しながら説明する。図５は、第１実施形態に係る制御ユニット２００を示すブロック図である。制御ユニット２００は、投写型映像表示装置１００に設けられており、投写型映像表示装置１００を制御する。

なお、制御ユニット２００は、映像入力信号を映像出力信号に変換する。映像入力信号は、赤入力信号Ｒ_ｉｎ、緑入力信号Ｇ_ｉｎ及び青入力信号Ｂ_ｉｎによって構成される。映像出力信号は、赤出力信号Ｒ_ｏｕｔ、緑出力信号Ｇ_ｏｕｔ及び青出力信号Ｂ_ｏｕｔによって構成される。映像入力信号及び映像出力信号は、１フレームを構成する複数の画素毎に入力される信号である。

図５に示すように、制御ユニット２００は、映像信号受付部２１０と、記憶部２２０と、取得部２３０と、算出部２４０と、映像補正部２５０とを有する。映像補正部２５０は、素子制御部２５１及び光学補正部２５２を有する。

映像信号受付部２１０は、ＤＶＤやＴＶチューナなどの外部装置（不図示）から映像入力信号を受付ける。

記憶部２２０は、各種情報を記憶する。具体的には、記憶部２２０は、３つ以上の交点を構成する３つ以上の線分のそれぞれの少なくとも一部分を構成するテストパターン画像を記憶する。また、３つ以上の線分は、所定読み出し方向に対して傾きを有する。

なお、所定読み出し方向は、テストパターン画像を構成する所定ラインの向き（例えば、水平方向）である。後述するように、取得部２３０は、撮像装置３００によって撮像された撮像画像のうち、テストパターン画像を構成する所定ライン毎に、所定ラインに対応する撮像画像データを取得する。

以下において、テストパターン画像の一例について、図６〜図９を参照しながら説明する。図６〜図９に示すように、テストパターン画像は、４つの交点（Ｐ_ｓ１〜Ｐ_ｓ４）を構成する４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）の少なくとも一部分を構成する画像である。第１実施形態では、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）は、濃淡或いは明暗の差（エッジ）によって表される。

詳細には、図６に示すように、テストパターン画像は、黒の背景及び白抜きの菱形であってもよい。ここで、白抜きの菱形の４辺は、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）の少なくとも一部分を構成する。なお、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）は、所定読み出し方向（水平方向）に対して傾きを有する。

或いは、図７に示すように、テストパターン画像は、黒の背景及び白抜きの線分であってもよい。白抜きの線分は、図６に示す白抜きの菱形の４辺の一部分を構成する。ここで、白抜きの線分は、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）の少なくとも一部分を構成する。なお、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）は、所定読み出し方向（水平方向）に対して傾きを有する。

或いは、図８に示すように、テストパターン画像は、黒の背景及び１対の白抜きの三角形であってもよい。ここで、１対の白抜きの三角形の２辺は、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）の少なくとも一部分を構成する。なお、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）は、所定読み出し方向（水平方向）に対して傾きを有する。

或いは、図９に示すように、テストパターン画像は、黒の背景及び白抜きの線分であってもよい。ここで、白抜きの線分は、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）の少なくとも一部分を構成する。図９に示すように、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）によって構成される４つの交点（Ｐ_ｓ１〜Ｐ_ｓ４）は、投写可能範囲４１０の外側に設けられてもよい。なお、４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）は、取得部２３０（水平方向）に対して傾きを有する。

取得部２３０は、撮像装置３００から撮像画像を取得する。具体的には、取得部２３０は、撮像装置３００から、テストパターン画像における所定読み出し方向に沿ってテストパターン画像の撮像画像データを順に取得する。言い換えると、取得部２３０は、ラインバッファを有しており、撮像装置３００によって撮像された撮像画像のうち、テストパターン画像を構成する所定ライン毎に、所定ラインに対応する撮像画像データをラインバッファに格納する。すなわち、取得部２３０は、フレームバッファを必要としないことに留意すべきである。

取得部２３０は、所定読み出し方向に沿って順にラインバッファから撮像画像データを読み出し、読み出された撮像画像データに基づいて、撮像画像における３つ以上の交点を取得する。

具体的には、取得部２３０は、以下の手順によって、撮像画像における３つ以上の交点を取得する。ここでは、テストパターン画像が図６に示す画像（白抜きの菱形）であるケースについて例示する。

第１に、取得部２３０は、図１０に示すように、ラインバッファから読み出された撮像画像に基づいて、濃淡或いは明暗の差（エッジ）を有する点群Ｐ_ｅｄｇｅを取得する。すなわち、取得部２３０は、テストパターン画像の白抜きの菱形の４辺に対応する点群Ｐ_ｅｄｇｅを取得する。

第２に、取得部２３０は、図１１に示すように、点群Ｐ_ｅｄｇｅに基づいて、撮像画像における４つの線分（Ｌ_ｔ１〜Ｌ_ｔ４）を取得する。すなわち、取得部２３０は、テストパターン画像における４つの線分（Ｌ_ｓ１〜Ｌ_ｓ４）に対応する４つの線分（Ｌ_ｔ１〜Ｌ_ｔ４）を取得する。

第３に、取得部２３０は、図１１に示すように、４つの線分（Ｌ_ｔ１〜Ｌ_ｔ４）に基づいて、撮像画像における４つの交点（Ｐ_ｔ１〜Ｐ_ｔ４）を取得する。すなわち、取得部２３０は、テストパターン画像における４つの交点（Ｐ_ｓ１〜Ｐ_ｓ４）に対応する４つの交点（Ｐ_ｔ１〜Ｐ_ｔ４）を取得する。

算出部２４０は、テストパターン画像における３つ以上の交点（例えば、Ｐ_ｓ１〜Ｐ_ｓ４）及び撮像画像における３つの交点（例えば、Ｐ_ｔ１〜Ｐ_ｔ４）に基づいて、投写型映像表示装置１００と投写面４００との位置関係を算出する。具体的には、算出部２４０は、投写ユニット１１０の光軸Ｎと投写面４００の法線Ｍとのずれ量を算出する。

なお、以下においては、記憶部２２０に記憶されたテストパターン画像を記憶テストパターン画像と称する。撮像画像に含まれるテストパターン画像を撮像テストパターン画像と称する。投写面４００に投写されたテストパターン画像を投写テストパターン画像と称する。

第１に、算出部２４０は、投写テストパターン画像における４つの交点（Ｐ_ｕ１〜Ｐ_ｕ４）の座標を算出する。ここでは、記憶テストパターン画像の交点Ｐ_ｓ１、撮像テストパターン画像の交点Ｐ_ｔ１、投写テストパターン画像の交点Ｐ_ｕ１を例に挙げて説明する。交点Ｐ_ｓ１、交点Ｐ_ｔ１及び交点Ｐ_ｕ１は、互いに対応する交点である。

以下において、交点Ｐ_ｕ１の座標（Ｘ_ｕ１，Ｙ_ｕ１，Ｚ_ｕ１）の算出方法について、図１２を参照しながら説明する。交点Ｐ_ｕ１の座標（Ｘ_ｕ１，Ｙ_ｕ１，Ｚ_ｕ１）は、投写型映像表示装置１００の焦点Ｏ_ｓを原点とする３次元空間における座標であることに留意すべきである。

（１）算出部２４０は、記憶テストパターン画像の２次元平面における交点Ｐ_ｓ１の座標（ｘ_ｓ１，ｙ_ｓ１）について、投写型映像表示装置１００の焦点Ｏ_ｓを原点とする３次元空間における交点Ｐ_ｓ１の座標（Ｘ_ｓ１，Ｙ_ｓ１，Ｚ_ｓ１）に変換する。具体的には、交点Ｐ_ｓ１の座標（Ｘ_ｓ１，Ｙ_ｓ１，Ｚ_ｓ１）は、以下の式によって表される。

なお、Ａｓは、３×３の変換行列であり、キャリブレーション等の前処理によって予め取得することが可能である。すなわち、Ａｓは、既知のパラメータである。

ここでは、投写型映像表示装置１００の光軸方向に垂直な面がＸ_ｓ軸及びＹ_ｓ軸で表されており、投写型映像表示装置１００の光軸方向がＺ_ｓ軸で表されている。

同様に、算出部２４０は、撮像テストパターン画像の２次元平面における交点Ｐ_ｔ１の座標（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）について、撮像装置３００の焦点Ｏ_ｔを原点とする３次元空間における交点Ｐ_ｔ１の座標（Ｘ_ｔ１，Ｙ_ｔ１，Ｚ_ｔ１）に変換する。

なお、Ａｔは、３×３の変換行列であり、キャリブレーション等の前処理によって予め取得することが可能である。すなわち、Ａｔは、既知のパラメータである。

ここでは、撮像装置３００の光軸方向に垂直な面がＸ_ｔ軸及びＹ_ｔ軸で表されており、撮像装置３００の向き（撮像方向）がＺ_ｔ軸で表されている。このような座標空間において、撮像装置３００の向き（撮像方向）の傾き（ベクトル）は既知であることに留意すべきである。

（２）算出部２４０は、交点Ｐ_ｓ１と交点Ｐ_ｕ１とを結ぶ直線Ｌ_ｖの式を算出する。同様に、算出部２４０は、交点Ｐ_ｔ１と交点Ｐ_ｕ１とを結ぶ直線Ｌ_ｗの式を算出する。なお、直線Ｌ_ｖ及び直線Ｌ_ｗの式は、以下のように表される。

（３）算出部２４０は、投写型映像表示装置１００の焦点Ｏ_ｓを原点とする３次元空間における直線Ｌ_ｗ’に直線Ｌ_ｗを変換する。直線Ｌ_ｗ’は、以下の式によって表される。

なお、投写型映像表示装置１００の光軸及び撮像装置３００の向き（撮像方向）は既知であるため、回転成分を示すパラメータＲは既知である。同様に、投写型映像表示装置１００及び撮像装置３００の相対位置が既知であるため、並進成分を示すパラメータＴも既知である。

（４）算出部２４０は、式（３）及び式（５）に基づいて、直線Ｌ_ｖ及び直線Ｌ_ｗ’の交点（すなわち、交点Ｐ_ｕ１）における媒介変数Ｋ_ｓ及びＫ_ｔを算出する。続いて、算出部２４０は、交点Ｐ_ｓ１の座標（Ｘ_ｓ１，Ｙ_ｓ１，Ｚ_ｓ１）及びＫ_ｓに基づいて、交点Ｐ_ｕ１の座標（Ｘ_ｕ１，Ｙ_ｕ１，Ｚ_ｕ１）を算出する。或いは、算出部２４０は、交点Ｐ_ｔ１の座標（Ｘ_ｔ１，Ｙ_ｔ１，Ｚ_ｔ１）及びＫ_ｔに基づいて、交点Ｐ_ｕ１の座標（Ｘ_ｕ１，Ｙ_ｕ１，Ｚ_ｕ１）を算出する。

これによって、算出部２４０は、交点Ｐ_ｕ１の座標（Ｘ_ｕ１，Ｙ_ｕ１，Ｚ_ｕ１）を算出する。同様に、算出部２４０は、交点Ｐ_ｕ２の座標（Ｘ_ｕ２，Ｙ_ｕ２，Ｚ_ｕ２）、交点Ｐ_ｕ３の座標（Ｘ_ｕ３，Ｙ_ｕ３，Ｚ_ｕ３）、交点Ｐ_ｕ４の座標（Ｘ_ｕ４，Ｙ_ｕ４，Ｚ_ｕ４）を算出する。

第２に、算出部２４０は、投写面４００の法線Ｍのベクトルを算出する。具体的には、算出部２４０は、交点Ｐ_ｕ１〜交点Ｐ_ｕ４のうち、少なくとも３つの交点の座標を用いて、投写面４００の法線Ｍのベクトルを算出する。投写面４００の式は、以下の式によって表され、パラメータｋ_１、ｋ_２、ｋ_３は、投写面４００の法線Ｍのベクトルを表している。

これによって、算出部２４０は、投写型映像表示装置１００の光軸Ｎと投写面４００の法線Ｍとのずれ量を算出することができる。すなわち、算出部２４０は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との位置関係を算出することができる。

図５に戻って、素子制御部２５１は、映像入力信号を映像出力信号に変換して、映像出力信号に基づいて、液晶パネル５０を制御する。

例えば、素子制御部２５１は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との位置関係に基づいて、投写面４００上に投写された映像の形状の自動補正を行う機能を有する。すなわち、素子制御部２５１は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との位置関係に基づいて、自動的に台形補正処理を行う機能を有する。

光学補正部２５２は、投写ユニット１１０に設けられるレンズ群を制御する。光学補正部２５２は、投写面４００上に表示される映像のサイズを補正するズーム補正処理、投写面４００上に表示される映像のフォーカスを補正するフォーカス補正処理を行う。

第１実施形態では、光学補正部２５２は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、フォーカス補正処理を行う。具体的には、光学補正部２５２は、フォーカス補正処理において、遠方領域に焦点を合わせる。

例えば、図１３に示すように、投写面４００（投写可能範囲４１０）が仮想的に複数の領域に分割されているケースについて例示しながら、フォーカス補正処理について説明する。図１３に示すように、投写面４００（投写可能範囲４１０）は、９つの領域（領域（ｍ−１，ｎ−１）、領域（ｍ−１，ｎ）、領域（ｍ−１，ｎ＋１）、領域（ｍ，ｎ−１）、領域（ｍ，ｎ）、領域（ｍ，ｎ＋１）、領域（ｍ＋１，ｎ−１）、領域（ｍ＋１，ｎ）、領域（ｍ＋１，ｎ＋１））に分割される。

このようなケースにおいて、光学補正部２５２は、投写型映像表示装置１００から離れた側に設けられる遠方領域（領域（ｍ＋１，ｎ−１）、領域（ｍ＋１，ｎ）、領域（ｍ＋１，ｎ＋１））のうち、例えば、領域（ｍ＋１，ｎ）に焦点を合わせる。

なお、一般的には、光学補正部２５２は、投写面４００（投写可能範囲４１０）の略中央に設けられる領域（ｍ，ｎ）に焦点を合わせることに留意すべきである。

（投写型映像表示装置の動作）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置（制御ユニット）の動作について、図面を参照しながら説明する。図１４は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００（制御ユニット２００）の動作を示すフロー図である。

図１４に示すように、ステップ１０において、投写型映像表示装置１００は、準備画像を表示する。すなわち、投写型映像表示装置１００は、液晶パネル５０の制御などによって、投写面４００上に準備画像を投写する。

なお、準備画像は、例えば、ブルーバックの画像であってもよく、ブラックバックの画像であってもよい。

ステップ２０において、撮像装置３００は、投写面４００を撮像する。具体的には、撮像装置３００は、投写面４００を撮像する。

なお、ステップ２０では、投写型映像表示装置１００は、投写可能範囲４１０を特定できるように、投写面４００上に白色映像を表示することが好ましい。

ステップ３０において、投写型映像表示装置１００は、投写面４００上にテストパターン画像を表示する。すなわち、投写型映像表示装置１００は、液晶パネル５０の制御などによって、投写可能範囲４１０上にテストパターン画像を投写する。

ステップ４０において、撮像装置３００は、投写面４００を撮像する。すなわち、撮像装置３００は、投写可能範囲４１０上に投写されたテストパターン画像を撮像する。

ステップ５０において、投写型映像表示装置１００は、準備画像を再表示する。すなわち、投写型映像表示装置１００は、液晶パネル５０の制御などによって、投写面４００上に準備画像を投写する。

ステップ６０において、投写型映像表示装置１００は、撮像画像を構成する所定ライン毎に取得された撮像画像データに基づいて、テストパターン画像における３つ以上の交点を取得する。

ステップ７０において、投写型映像表示装置１００は、撮像装置３００によって撮像された撮像画像のうち、テストパターン画像の撮像画像に基づいて、投写型映像表示装置１００と投写面４００との位置関係を算出する。具体的には、投写型映像表示装置１００は、テストパターン画像における４つの交点（Ｐ_ｓ１〜Ｐ_ｓ４）及び撮像画像における４つの交点（Ｐ_ｔ１〜Ｐ_ｔ４）に基づいて、投写型映像表示装置１００と投写面４００との位置関係を算出する。

ステップ８０において、投写型映像表示装置１００は、投写面４００上に投写される映像を補正する。投写面４００上に投写される映像の補正処理は、（１）映像の台形補正処理、（２）フォーカス補正処理、（３）ズーム補正処理、（４）映像の局所歪み補正処理などである。

ここで、投写型映像表示装置１００は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、フォーカス補正処理を行う。具体的には、投写型映像表示装置１００は、フォーカス補正処理において、投写型映像表示装置１００から離れた側に設けられる遠方領域に焦点を合わせる。

（作用及び効果）
第１実施形態では、映像補正部２５０は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、投写面４００上に投写される映像の補正処理を行う。

具体的には、光学補正部２５２は、フォーカス補正処理において、投写型映像表示装置１００から離れた側に設けられた遠方領域（すなわち、光束が疎である領域）に焦点を合わせる。

従って、遠方領域と近方領域との間で、画素の間隔や画素のサイズが異なる場合において、映像ムラを抑制することができる。言い換えると、遠方領域と近方領域との間で、投写面上に投写される光束の粗密が生じる場合であっても、映像ムラを抑制することができる。

［変更例１］
以下において、第１実施形態の変更例１について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、映像補正部２５０（光学補正部２５２）は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、フォーカス補正処理を行う。

これに対して、変更例１では、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置からの距離に応じて、輪郭強調処理を行う。なお、第１実施形態に示すように、焦点位置（焦点を合わせる位置）は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離によって定められる事に留意すべきである。

具体的には、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置から離れているほど、輪郭強調を強める。例えば、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、図１５に示す関係を用いて、輪郭強調処理の重み係数を決定する。図１５に示すように、焦点位置から離れているほど、輪郭強調処理の重み係数が大きい。なお、重み係数が大きいほど、輪郭強調の強度（高周波成分の強調度）が大きいことに留意すべきである。

（投写型映像表示装置の動作）
以下において、変更例１に係る投写型映像表示装置（制御ユニット）の動作について、図面を参照しながら説明する。図１６は、変更例１に係る投写型映像表示装置１００（制御ユニット２００）の動作を示すフロー図である。

図１６に示すように、ステップ１１０において、投写型映像表示装置１００は、映像を構成する複数の画素の中から、対象画素をセットする。

ステップ１２０において、投写型映像表示装置１００は、全画素を検査したか否かを判定する。すなわち、投写型映像表示装置１００は、全画素を対象画素としてセットしたか否かを判定する。全画素が検査されている場合には、投写型映像表示装置１００は、一連の処理を終了する。全画素が検査されていない場合には、投写型映像表示装置１００は、ステップ１３０の処理に移る。

ステップ１３０において、投写型映像表示装置１００は、対象画素の高周波成分を抽出する。

ステップ１４０において、投写型映像表示装置１００は、対象画素の位置を算出する。具体的には、投写型映像表示装置１００は、焦点位置と対象画素の位置との距離を算出する。

ステップ１５０において、投写型映像表示装置１００は、対象画素の高周波成分を補正する。具体的には、投写型映像表示装置１００は、図１５に示す重み係数を用いて、高周波成分を補正する。

（作用及び効果）
変更例１では、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置から離れているほど、輪郭強調を強める。従って、遠方領域に焦点が合わされた場合であっても、近方領域における映像ボケを抑制することができる。

［変更例２］
以下において、第１実施形態の変更例２について説明する。以下においては、変更例１との相違点について主として説明する。

具体的には、変更例１では、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置からの距離に応じて、輪郭強調処理を行う。

これに対して、変更例２では、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置からの距離に応じて、コントラスト強調処理を行う。なお、第１実施形態に示すように、焦点位置（焦点を合わせる位置）は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離によって定められる事に留意すべきである。

具体的には、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置から離れているほど、コントラスト強調を強める。例えば、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、図１５に示した関係を用いて、コントラスト強調処理の重み係数を決定する。

なお、コントラスト強調処理の手順は、輪郭強調処理の手順と類似しており、その詳細については省略する。なお、コントラスト強調の手法としては、既存の様々な手法を適用することが可能である。

（作用及び効果）
変更例２では、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、焦点位置から離れているほど、コントラスト強調を強める。従って、遠方領域に焦点が合わされた場合であっても、近方領域における映像ボケを抑制することができる。

［変更例３］
以下において、第１実施形態の変更例３について説明する。以下においては、第１実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、映像補正部２５０（光学補正部２５２）は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、フォーカス補正処理を行う。

これに対して、変更例３では、映像補正部２５０は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、複数色の色成分光間の輝度比を調整する。

例えば、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの反射率が既知であるケースについて例示しながら、複数色の色成分光間の輝度比の調整について説明する。なお、赤成分光Ｒの反射率は、赤成分光Ｒが投写面４００に入射する角度と投写面４００で反射される赤成分光Ｒの光量との関係である。同様に、緑成分光Ｇの反射率は、緑成分光Ｇが投写面４００に入射する角度と投写面４００で反射される緑成分光Ｇの光量との関係である。青成分光Ｂの反射率は、青成分光Ｂが投写面４００に入射する角度と投写面４００で反射される青成分光Ｂの光量との関係である。

第１に、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの反射率の比率（差異）は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂが投写面４００に入射する角度に応じて異なる。

第２に、投写型映像表示装置１００に近い側に設けられる近方領域と投写型映像表示装置１００から離れた側に設けられる遠方領域とでは、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂが投写面４００に入射する角度が異なる。

このようなケースにおいて、映像補正部２５０は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの輝度比を調整する。

具体的には、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂが投写面４００に入射する角度が大きいほど、すなわち、投写型映像表示装置１００から離れているほど、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの反射率の比率（差異）が大きくなる。すなわち、近方領域よりも遠方領域の方が、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの反射率の比率（差異）が大きい。

従って、映像補正部２５０は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂのうち、最も反射率が小さい色成分光に合わせて、他の色成分光の光量を減少する。

なお、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの光量は、液晶パネル５０の制御によって減少されてもよい。或いは、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを個別に出射する光源が用いられる場合には、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂの光量は、光源の制御によって減少されてもよい。

（作用及び効果）
変更例３では、映像補正部２５０（素子制御部２５１）は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、複数色の色成分光間の輝度比を調整する。従って、複数色の色成分光間の反射率の比率（差異）が大きい場合であっても、複数色の色成分光間の輝度バランスを維持することができる。

［変更例４］
以下において、第１実施形態の変更例４について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、投写面４００が２次元平面によって構成されるケースについて例示した。これに対して、変更例４では、投写面４００が３次元の面によって構成されるケースについて例示する。

具体的には、投写面４００が３次元の面であっても、映像補正部２５０（光学補正部２５２）は、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離に応じて、フォーカス補正処理を行う。

例えば、図１７及び図１８に示すように、投写面４００が曲面によって構成されている場合であっても、映像補正部２５０（光学補正部２５２）は、フォーカス補正処理において、遠方領域４２０Ｂに焦点を合わせる。

ここで、図１８に示すように、投写型映像表示装置１００からの距離は、投写ユニット１１０の光出射面と液晶パネル５０（図４に示す液晶パネル５０Ｇ）の有効領域と略平行な平面（例えば、平面Ｄ_１、平面Ｄ_２、平面Ｄ_３、平面Ｄ_４）との距離である。言い換えると、投写型映像表示装置１００と投写面４００との距離は、投写ユニット１１０に設けられるレンズ群の光軸方向Ａにおける距離である。

また、遠方領域４２０Ｂ（焦点位置）からの距離は、焦点位置と液晶パネル５０（図４に示す液晶パネル５０Ｇ）の有効領域と略平行な平面（例えば、平面Ｄ_１、平面Ｄ_２、平面Ｄ_３、平面Ｄ_４）との距離である。言い換えると、焦点位置からの距離は、投写ユニット１１０に設けられるレンズ群の光軸方向Ａにおける距離である。従って、例えば、点Ｖ及び点Ｗを例に挙げると、点Ｖと焦点位置との距離は、点Ｗと焦点位置との距離と同じである。

（作用及び効果）
変更例４では、投写面４００が３次元の面によって構成される場合であっても、第１実施形態と同様に、映像ムラを抑制することができる。

［変更例５］
以下において、第１実施形態の変更例５について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、図１９に示すように、台形補正処理によって、投写面４００に対して垂直方向から見て適切な形状となるように投写可能範囲４１０が補正される。

これに対して、変更例５では、図２０に示すように、台形補正処理によって、ユーザから見て適切な形状となるように投写可能範囲４１０が補正される。なお、ユーザから見て適切な形状となるように投写可能範囲４１０を補正するためには、投写型映像表示装置１００がユーザの位置を取得する必要がある。ユーザの位置の取得方法としては、以下に示す方法が考えられる。

（１）撮像装置３００によってユーザを撮像することによって、ユーザと投写面４００との位置関係を取得する。

（２）ユーザが所持するリモートコントローラから、投写型映像表示装置１００に設けられた複数の赤外線センサによって信号を受信することによって、ユーザと投写型映像表示装置１００との位置関係を取得する。

（３）ユーザが所持するリモートコントローラからテストパターン画像を投写面４００上に投写する。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

実施形態では、光変調素子として、透過型の液晶パネルを例示したに過ぎない。光変調素子は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）や反射型の液晶パネルであってもよい。

実施形態では、光源として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を例示した。しかしながら、光源は、白色光源であってもよい。

実施形態では特に触れていないが、近方領域４２０Ａでは、遠方領域４２０Ｂと比べて、映像の解像度を上げてもよい（超解像処理）。例えば、近方領域４２０Ａでは、画素の補間などによって映像の解像度を上げる。

１０…光源、２０…ＵＶ／ＩＲカットフィルタ、３０…フライアイレンズユニット、４０…ＰＢＳアレイ、５０…液晶パネル、５２、５３…偏光板、６０…クロスダイクロイックキューブ、７１〜７６…ミラー、８１〜８５…レンズ、１００…投写型映像表示装置、１１０…投写ユニット、１２０…照明ユニット、２００…制御ユニット、２１０…映像信号受付部、２２０…記憶部、２３０…取得部、２４０…算出部、２５０…映像補正部、２５１…素子制御部、２５２…光学補正部、３００…撮像装置、４００…投写面、４１０…投写可能範囲

Claims (6)

1. 光源から出射される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写ユニットとを有する投写型映像表示装置であって、
   前記投写型映像表示装置と前記投写面との距離に応じて、前記投写面上に投写される映像の補正処理を行う映像補正部を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 前記投写面は、前記投写型映像表示装置から離れた側に設けられる遠方領域と、前記遠方領域よりも前記投写型映像表示装置に近い側に設けられる近方領域とを含み、
   前記補正処理は、前記遠方領域に焦点を合わせる処理であることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
3. 前記補正処理は、焦点位置から離れているほど、輪郭強調を強める処理であることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
4. 前記補正処理は、焦点位置から離れているほど、コントラスト強調を強める処理であることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
5. 前記光源は、複数色の色成分光を出射するように構成されており、
   前記補正処理は、前記投写型映像表示装置と前記投写面との距離に応じて、前記複数色の色成分光間の輝度比を調整する処理であることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
6. 前記投写面は、３次元の面によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。

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